根據(jù)能源部的預(yù)測，到2030年，風(fēng)能可為提供20%的電力。這促使猶他大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員開始研究風(fēng)力發(fā)電的性能和財務(wù)效益。城市和郊區(qū)的垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)(VAWT)。

VAWT是一種風(fēng) 輪機(jī)設(shè)計，其中發(fā)電機(jī)在塔中垂直定向，而不是水平地位于頂部。盡管有許多VAWT設(shè)計，但本研究中使用的設(shè)計稱為直葉片Darrieus型或H轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)。

研究人員認(rèn)為，小型VAWT具有在高湍流條件下有效運(yùn)行的能力，這使其成為城市和郊區(qū)環(huán)境中理想的能量收集裝置。在本周的《可再生與可持續(xù)能源雜志》上的一篇文章中，作者提出的結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計的VAWT系統(tǒng)可以在經(jīng)濟(jì)上與城市和郊區(qū)的化石燃料發(fā)電廠競爭，甚至可以帶頭實(shí)現(xiàn)零凈排放能源建筑或城市。

為了確定結(jié)果，團(tuán)隊將實(shí)際的，時間解析的風(fēng)速數(shù)據(jù)輸入到數(shù)值模擬中，該數(shù)值模擬確定了運(yùn)行一年中渦輪機(jī)捕獲的總能量。他們的風(fēng)數(shù)據(jù)來自2009年的3D聲波風(fēng)速計，該風(fēng)速計安裝在交通樁頂上，離地面約9米(30英尺)，位于俄克拉荷馬州俄克拉何馬城附近的9個城市和郊區(qū)。

研究人員模擬了13種不同的風(fēng)力渦輪機(jī)配置，重點(diǎn)關(guān)注四個特定的設(shè)計參數(shù)：高度與直徑的長寬比(H / D)，葉片翼型形狀，渦輪機(jī)堅固性和渦輪機(jī)慣性矩。用于確定最佳設(shè)計配置的主要性能指標(biāo)是一年中渦輪機(jī)捕獲的能量相對于同一時期湍流中可用能量的百分比。

在這13種設(shè)計配置中，最佳的渦輪機(jī)設(shè)計具有最低的慣性矩。然而，有趣的是，研究人員證實(shí)，即使消除了慣性矩作為設(shè)計參數(shù)，該配置仍然是最理想的。

他們還分析了其中一種測試地點(diǎn)的各種渦輪機(jī)設(shè)計的平均能源成本(LCOE)，并找到了經(jīng)濟(jì)上可行的選擇所必需的葉片特性值。該站點(diǎn)的最佳設(shè)計配置產(chǎn)生的電力成本比全國平均電力單價低10%。

“這還不是研究的終點(diǎn)，我認(rèn)為我們還需要對渦輪機(jī)的設(shè)計配置及其運(yùn)行條件進(jìn)行更多的研究，以提高渦輪機(jī)捕獲的能量。[...]令人興奮， ”該項(xiàng)目的首席研究員之一林阮(Lam Nguyen)說。Nguyen目前正在與一位前顧問一起擴(kuò)展他的研究。

根據(jù)他們的結(jié)論，即VAWT的最佳設(shè)計配置可以降低電費(fèi)，該團(tuán)隊知道工作尚未完成。