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风中获取能量可能很快就会从流体动力学专家和鱼群中得到一些帮助 世界热讯

2023-02-06 13:58:41    来源:互联网

寻求从风能中获取能量可能很快得到加州理工学院(加州理工学院)流体动力学专家约翰达比里和一群鱼的帮助。

作为加州理工学院生物推进实验室的负责人,Dabiri研究了与生物传播相关的水和风能概念:即识别生物系统中与能源相关的过程,这些过程可以提供对新方法的洞察 - 在这种情况下 - 风能。

加州理工学院航空与生物工程副教授达比里说:“我对受过教育的鱼的观察以及邻近鱼类尾流之间存在建设性的流体动力干扰的建议感到鼓舞。” “事实证明,许多相同的物理原理可以应用于垂直轴风力涡轮机的相互作用。”


(资料图片仅供参考)

目前风电场面临的最大挑战是空间不足。最常见的水平轴风力涡轮机 - 具有大型螺旋桨的风力涡轮机 - 需要大量的土地才能正常运行。“螺旋桨式风力涡轮机在性能上受到影响,因为它们彼此接近,”Dabiri说。

在洛杉矶盆地,为这样的大型风电场寻找合适空间的挑战阻碍了风能的进一步发展。但是,在学校鱼类提供的原则和垂直轴涡轮机的使用的帮助下,这可能会改变。

垂直涡轮机 - 这是风能领域的新增功能 - 没有螺旋桨; 相反,他们使用垂直转子。因此,这些设备可以以更密集的图案放置在较小的土地上。加州理工学院的研究生罗伯特·惠特尔西(Robert Whittlesey)和塞巴斯蒂安·利斯卡(Sebastian Liska)在Dabiri监督的课堂研究项目中研究了在小块土地上使用垂直轴涡轮机。他们的结果表明,将垂直轴涡轮机放置在战略阵列中可能会有很大的好处,并且一些配置可能允许涡轮机由于它们与周围其他涡轮机的关系而更有效地工作 - 这一概念首先由检查引发鱼群。

在当前的风电场中,所有涡轮机都以相同的方向旋转。但在研究学校鱼类游动留下的漩涡时,Dabiri注意到有些漩涡顺时针旋转,而其他漩涡则逆时针旋转。因此,Dabiri想要检查交替垂直轴涡轮机的旋转是否有助于提高效率。他在研究鱼的第二个观察 - 在Whittlesey和Liska的模拟中看到 - 是涡流形成了一个“阶梯”模式,与当前风力发电场形成鲜明对比,这些风力发电机整齐排列成涡轮机。

Whittlesey和Liska的计算机模型预测,使用这种交错放置方法从一块土地中提取的风能将是使用水平轴涡轮机的传统风电场的几倍。一旦他们确定了最佳位置,Dabiri认为有可能产生超过水平涡轮机农场当前提供的能量的10倍。结果非常引人注目,加州理工学院正在进行现场演示。

Dabiri购买了洛杉矶以北2英亩的土地,在那里他建立了加州理工学院优化风能实验室(FLOWE)。该站点的试点项目将在移动平台上安装六个垂直涡轮机。

Dabiri和他的团队将系统地移动涡轮机,测试各种配置以找到最有效的模式。

“我们的目标是展示一种新技术,使我们能够从现有方法中提取比现有方法更多的风能,”Dabiri说。“我们希望利用紧密间隔的垂直轴风力涡轮机之间的建设性空气动力学干扰。我们的结果可能更好地利用现有的风力发电场,允许风力发电场更靠近城市中心 - 降低电力传输成​​本 - 并减少海上设施的规模。“

Dabiri的三台涡轮机与Windspire Energy合作提供。为了换取涡轮机的使用,Dabiri将与该公司分享他的研究成果。每台Windspire涡轮机高约30英尺,宽4英尺,可产生高达1.2千瓦的功率。

Windspire Energy总裁兼首席执行官Walt Borland说:“这个前沿项目是一个很好的例子,说明不同的思维方式如何能够推动有意义的创新。” “能够与Dabiri博士和加州理工学院合作,更好地利用垂直轴技术在收获风能方面的独特属性,我们感到非常兴奋。”

已经购买了另外一家制造商的三台涡轮机; 六台涡轮机为该试验设施提供了15千瓦的总功率容量,足以为几个家庭供电。

“这个项目的独特之处在于我们在现实条件下进行这些实验,而不是在计算机或实验室风洞中进行,”Dabiri说。“我们故意专注于现场演示,因为这可以更容易地促进项目从基础科学研究到发电设施的未来扩展。我们进行这种转变的能力将取决于试点计划的结果。”

该研究的初始阶段将试图证明相对于具有类似大小的土地的水平轴风力涡轮机农场,哪个单元配置将改善功率输出和性能。

“在未来,我们希望过渡到发电实验,在这些实验中,可以在本地或通过电网连接使用所产生的电力,”Dabiri说。

关键词: 加州理工学院 风力发电场 流体动力学

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