Физики протестировали работу миниатюрных турбин ветроэлектрических установок при различном взаимном расположении. Оказалось, что наиболее оптимально они располагаются попарно в слегка неровных рядах, которые отделены от других пар достаточно большим расстоянием. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Fluids.

Турбины ветрогенераторов значительно влияют на поток воздуха, уменьшая его скорость и понижая эффективность тех энергоустановок, что расположены дальше по ветру. Этот феномен называют эффектом спутной струи, он может существенно влиять на суммарную производительность больших ферм из нескольких рядов ветрогенераторов, уменьшая ее до двух раз. Ученые стараются придумать оптимальное расположение ветряков, но изучать зависимость выходной мощности от плотности большого количества турбин с помощью методов численного моделирования оказалось чрезвычайно трудно. Кроме того, это плохо описывает реальные ситуации.

В новой работе физики из Бельгии и США применили иной подход — они помещали небольшие турбины в аэродинамической трубе и исследовали их эффективность в зависимости от расположения. Всего было использовано 100 турбин в 56 различных конфигурациях. Авторы приходят к трем заключениям. Во-первых, предельная выходная мощность более-менее однородного распределения примерно соответствует результатам численного моделирования. Во-вторых, эффективность может существенно снижаться при заметном действии эффекта спутной струи на соседние генераторы. В-третьих, неравномерное распределение оказывается самым выгодным.

Демонстрация оптимального расположения турбин ветроэлектрических установок на миниатюрных моделях / Juliaan Bossuyt

В конечном итоге наиболее выгодно оказалось располагать турбины парными рядами с небольшим смещением и большим расстоянием между парами рядов (см. иллюстрацию выше). Направление рядов при этом должно быть перпендикулярно преимущественному направлению скорости ветра. В таком случае локальные течения воздуха будут оптимальными, что наилучшим образом скажется на выработке электроэнергии.