Veterné turbíny inšpirované krídlami kondora zlepšia účinnosť až o 10%

Lopatky veterných turbín využívajú aerodynamiku na získavanie kinetickej energie vetra, ktorú pomocou generátorov menia na elektrinu. Ak má však byť zelená energetika efektívna a udržateľná, je potrebné aby veterné elektrárne vyrábali čo najviac energie.

Vedcov k takémuto vylepšeniu inšpirovali aerodynamické krídla kondora. Winglet odvodený z krídel najväčšieho lietajúceho vtáka súčasnosti po pridaní k lopatke veternej turbíny zvýšil produkciu energie v priemere o 10 %, uvádza nová štúdia, publikovaná v časopise Energy.

Kondor veľký (v angličtine, ale aj v češtine kondor andský) – Vultur gryphus – je juhoamerický dravý vták živiaci sa prevažne zdochlinami. S rozpätím krídel 3 až 3,7 m je jedným z najväčších lietajúcich vtákov na svete a z hľadiska plochy krídel je rozhodne jednotkou. Napriek hmotnosti až 16 kg aerodynamika jeho krídel znižuje odpor, čo mu umožňuje plachtiť a využívať stúpavé vzdušné prúdy. Dokáže sa takto vznášať na vzdialenosti viac ako 200 km denne.

Vedci z Katedry strojného inžinierstva na University of Alberta v Kanade skúmali, či by pripevnenie wingletu inšpirovaného kondormi k lopatke veternej turbíny tiež nemohlo znížiť odpor vzduchu a zvýšiť produkciu energie.

Kým väčšina moderných lietadiel znižuje indukovaný odpor vzduchu pomocou wingletov, aby sa minimalizoval účinok vírov na špičkách, ich použitie v biznise veterných turbín je v plienkach. Štúdie veterníkov s krídelkami síce zaznamenali zvýšenie výroby energie, ale za cenu predĺženia špičky lopatky. To komplikuje poznanie, či zlepšenie možno priamo pripísať krídlu alebo zväčšeniu plochy predĺženej lopatky.

Bežne znižuje účinnosť veterných turbín indukovaný odpor, ktorý vzniká v dôsledku vztlaku. Pri prechode lopatky vzduchom sa na jej vrchu (strana nasávania) vytvorí oblasť s nižším tlakom vzduchu. Vzduch s vyšším tlakom pod čepeľou (tlaková strana) hľadá rovnováhu s oblasťou s nižším tlakom nad ňou. To vedie k vírom na špičke, ktoré sa špirálovito odvíjajú od špičiek čepele. Víry odkláňajú prúd vzduchu smerom nadol, čím vytvárajú indukovaný odpor.

Winglet od Biome Renewables inšpirovaný kondormi

Pri riešení problematiky sa výskumníci z University of Alberta obrátili na kanadskú priemyselnú dizajnérsku firmu Biome Renewables, ktorá sa pri tvorbe produktov na výrobu čistej energie inšpiruje prírodou, aby navrhla winglety pre turbíny založené na krídlach kondora. Biome vyvinul bio-inšpirovaný winglet pre ‚Project Condor‘ o dĺžke 5,35 m. Je navrhnutý tak, aby sa dal dodatočne namontovať na koniec krídla veternej turbíny.

Na určenie vplyvu, ktorý malo pridanie wingletu Biome do vzorky veternej turbíny na jej kapacitu výroby energie, použili vedci počítačové simulácie. Tie ukázali, že pridanie wingletu zvýšilo tlakový rozdiel medzi sacou a tlakovou plochou pozdĺž rozpätia lopatky, čo následne zvýšilo krútiaci moment turbíny a produkciu energie. Priemerný nárast produkcie energie bol 10% a vedci dospeli k záveru, že toto zlepšenie bolo spôsobené aerodynamickými zmenami krídla, nielen zväčšenou plochou lopatky vrtule.

Ide zatiaľ o aplikovaný výskum, ale predstavuje zaujímavý potenciál na zlepšenie účinnosti a výkonnosti veterných turbín. Nie je to prvý raz, čo inšpirácia prírodou posúva hranice technického pokroku.