Ученые обнаружили, что две миниатюрные турбины, вращающиеся в противоположных направлениях, способны вырабатывать на 37% больше энергии, чем одиночная установка. Это открытие открывает новые перспективы для автономного энергоснабжения удаленных датчиков и IoT-устройств. Исследовательская группа под сосредоточилась на изучении микроветрогенераторов диаметром менее 20 см. Такие компактные решения особенно востребованы для питания климатических датчиков в Арктике или устройств умного сельского хозяйства. Однако их широкому распространению до сих пор мешали низкий КПД и высокая себестоимость энергии.
Используя передовую методику стереоскопической визуализации частиц, ученые смогли детально изучить воздушные потоки вокруг микротурбин. Они обнаружили, что значительная часть энергии вращения, обычно теряемая в вихревых потоках, может быть эффективно утилизирована второй турбиной, расположенной на расстоянии 12 радиусов и вращающейся в противоположную сторону. Конфигурация с противонаправленным вращением стабильно демонстрирует превосходные результаты даже в условиях сильной турбулентности.
Уникальные аэродинамические свойства малогабаритных турбин, работающих на низких скоростях с высоким крутящим моментом, позволяют оптимально использовать энергию ветра в тандемной системе. Это открытие создает основу для разработки нового поколения компактных ветроэнергетических установок. По аналогии с многоступенчатыми турбинами в авиадвигателях, микроветрогенераторы теперь можно проектировать с учетом взаимного усиления эффекта. Такие усовершенствованные системы смогут обеспечить надежное энергоснабжение автономных устройств — от зарядных станций для дронов до полевых роботов.
А «кража ветра» становится новой проблемой ветроэнергетики.