با افزایش انرژی باد ، محققان در حال بررسی چالش های دینامیک سیالات هستند – ScienceDaily


بیست سال پیش ، انرژی باد در درجه اول یک صنعت خاص بود و کمتر از 1٪ به کل تقاضای برق ایالات متحده کمک می کرد. از آن زمان ، باد به یک رقیب اصلی در رقابت برای توسعه منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر تبدیل شده است که می تواند شبکه را حفظ کند و تقاضای جهانی انرژی را به طور روزافزون برآورده سازد. سال گذشته ، انرژی بادی 7٪ تقاضای برق خانگی را تأمین کرد و در سراسر کشور – چه در خشکی و چه در خارج از کشور – شرکت های انرژی در حال نصب توربین های عظیم الجثه ای هستند که از هر زمان دیگری بالاتر و گسترده تر می شوند.

جاناتان نوتون ، مهندس دانشگاه وایومینگ در لارامی ، گفت: “انرژی باد یک جز component واقعاً مهم در تولید انرژی خواهد بود.” وی اذعان کرد: افراد مشکوک زنده ماندن منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید را زیر سوال می برند ، زیرا ماهیت آنها وابسته به هوا و متغیر است و بنابراین کنترل و پیش بینی آنها دشوار است. وی گفت: “درست است ، اما راههایی برای غلبه بر آن وجود دارد.”

ناتان و چارلز منوو از دانشگاه جان هاپکینز در بالتیمور ، مریلند ، یک مینی سمپوزیوم در هفتاد و سومین نشست سالانه انجمن فیزیکی آمریکا ، گروه دینامیک سیالات ، ترتیب دادند ، جایی که محققان وعده ها و چالش های مایعات مایع باد را توصیف کردند.

ناتان گفت: برای اینکه انرژی باد مفید و پذیرفته شود ، محققان باید سیستم هایی را طراحی کنند که هم کارآمد و هم ارزان باشد. این به معنای درک بهتر پدیده های فیزیکی است که توربین های بادی را در همه مقیاس ها هدایت می کنند. سه سال پیش ، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر ایالات متحده (NREL) 70 متخصص از سراسر جهان را گرد هم آورد تا در مورد وضعیت علوم گفتگو کنند. در سال 2019 ، این گروه چالش های علمی عمده ای را منتشر می کند که باید برای رفع آن در نظر گرفته شود تا انرژی باد به نیمی از تقاضای انرژی کمک کند.

یکی از این چالش ها درک بهتر فیزیک بخشی از جو در توربین ها بود. ناتون گفت: “باد واقعاً مشكلی برای مکانیك سیالات جوی است.” “اما نحوه رفتار باد در سطوحی که توربین ها کار می کنند هنوز منطقه ای است که ما به اطلاعات بیشتری نیاز داریم.”

پل ویرز ، مهندس ارشد مرکز ملی فناوری باد NREL ، که در این سمپوزیوم به بررسی اجمالی چالش ها پرداخت ، گفت: توربین های امروزی دارای پره هایی هستند که می توانند 50 تا 70 متر امتداد داشته باشند. این برج ها 100 متر یا بیشتر از محیط پیرامونی خود بلند می شوند. وییرز گفت: “در خارج از مرز ، آنها در حال بزرگتر شدن هستند.”

مزیت ساخت توربین های بزرگتر این است که نیروگاه بادی به ماشین آلات ساختمانی و نگهداری و دسترسی به بادهای شدید بالای سطح زمین نیاز کمتری خواهد داشت. وایرز گفت ، اما نیروگاه های عظیم الجثه در مقیاسی کار می کنند که به خوبی مطالعه نشده است.

وییرز گفت: “ما واقعاً توانایی خوبی در درک و کار با جو در مقیاس واقعا بزرگ داریم.” “و دانشمندانی مانند جاناتان و چارلز وظایف شگفت انگیزی را با پویایی سیال انجام داده اند تا مقیاس کوچک را درک کنند. اما منطقه ای بین این دو وجود دارد که خیلی مطالعه نشده است.”

چالش دیگر مطالعه پویایی ساختاری و سیستمی این ماشین های چرخان غول پیکر است. بادها با تیغه هایی که خم می شوند و پیچ می خورند تعامل می کنند. ناتان گفت: پره های چرخان باعث افزایش تعداد رینولدز می شود ، “و اینها مناطقی هستند که اطلاعات زیادی نداریم.”

Weyers گفت ، رویکردهای محاسباتی قدرتمند می تواند به کشف فیزیک کمک کند. وی گفت: “ما واقعاً تا آنجا كه ممكن است روشهای محاسباتی را تحت فشار قرار می دهیم.” “این ما را به سریعترین و بزرگترین رایانه هایی می رساند که امروزه وجود دارند.”

سومین چالش ، ناتان یادآور شد ، مطالعه رفتار گروه های توربین است. هر توربین باعث ایجاد بیداری در جو می شود و با انتشار این انتشار در پایین دست ، با بیدارکننده های توربین های دیگر تعامل دارد. بیداری ها را می توان ترکیب کرد. آنها همچنین می توانند با توربین های دیگر تداخل کنند. یا چیز دیگری در منطقه است. ناتون گفت: “اگر زمین کشاورزی زیر باد وجود داشته باشد ، ما نمی دانیم که تغییر جریان جو چگونه بر آن تأثیر می گذارد.”

وی انرژی باد را “مسئله مقیاس نهایی” خواند. از آنجا که مشکلات کوچکی مانند برهم کنش توربین ها با هوا را با مشکلات عظیم مانند مدل سازی اتمسفر متصل می کند ، انرژی انرژی باد به تخصص و ورودی از زمینه های مختلف برای حل چالش ها نیاز دارد. ناتون گفت: “باد یکی از ارزان ترین اشکال انرژی است.” “اما با بلوغ فناوری ، مسائل دشوارتر می شوند.”


منبع: packge-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>