Computermodeller viser klare fordele ved nye typer vindmøller

Forskere har modelleret væskedynamikken i multi-rotor vindmøller, og hvordan de interagerer i vindmølleparker. Forskningen viser en klar fordel for en turbinemodel med fire rotorer.

Med deres diameter på 220 meter, vindmøllerne på den kommende Dogger Bank vindmøllepark i Nordsøen er verdens største. Men store, større, størst er ikke nødvendigvis det bedste, når det kommer til vindmøller.

Forskere fra Aarhus Universitet og Durham University i Storbritannien har nu modelleret væskedynamikken i multi-rotor vindmøller via højopløselige numeriske simuleringer, og det viser sig, at vindmøller med fire rotorer på et fundament har en række fordele.

En vindmølle høster energi fra den indkommende vind, men når vinden passerer gennem vindmøllens vinger, et område med lavere vindhastigheder og højere turbulens skabes kaldet vindmøllevåge. En anden vindmølle nedstrøms påvirkes af denne turbulens på flere måder. Først og fremmest, det producerer mindre energi, og for det andet den strukturelle belastning øges.

"I undersøgelsen, vi fandt ud af, at turbulens og strømme i kølvandet på turbinerne genoprettes meget hurtigere med multi-rotor turbiner. Det betyder at, med multi-rotorer, en anden turbine nedstrøms vil producere mere energi og vil blive udsat for mindre belastning og stress, fordi turbulensen er tilsvarende mindre, " siger Mahdi Abkar, adjunkt ved Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet og ekspert i flowfysik og turbulens.

Mindre omkostninger, mindre besvær, mere energi

En vindmølle med mere end én rotor skaber mindre turbulens, og vinden "genoprettes" hurtigere, hvilket betyder en højere energiproduktion. Og det er vigtig viden i en tid, hvor vindmøller bliver stadig større, og derved også stadig dyrere.

"Du kan altid øge din energiproduktion ved at øge diameteren af ​​rotorbladene, men der er store strukturelle udfordringer ved at bygge disse massive konstruktioner med diametre på over 150 meter. Materialekravene stiger, transporten af ​​konstruktionerne er besværlig og dyr, og det bliver dyrere at vedligeholde vindmøllerne, " siger Mahdi Abkar.

En turbine med fire rotorer koster ca. 15% mindre at konstruere end en turbine med en rotor, selvom knivene i alt dækker det samme område. På samme tid, en konstruktion med fire rotorer er meget lettere og derfor nemmere at transportere. Og hvis en af ​​rotorerne holder op med at fungere, resten af ​​møllen vil stadig producere energi, i modsætning til almindelige vindmøller.

Ud over, forskerne har fundet ud af, at individuelle multirotor-møller faktisk producerer lidt mere energi end enkeltrotor-møller:ca. 2 % mere.

"Vi har undersøgt flere forskellige geometrier og dynamik af multi-rotor turbiner og har fundet ud af, at den optimale konstruktion er en turbine med fire rotorer så langt fra hinanden som muligt. Sidstnævnte resulterer i mindre nedstrøms turbulens og en hurtigere stabilisering af kølvandet bagved vindturbine, " siger adjunkt Mahdi Abkar.