Ставьте, как попало

Бельгийские и американские учёные построили модель ветропарка, состоящую из ста миниатюрных ветроустановок, и рассмотрели 56 разных вариантов их размещения, чтобы выяснить, как добиться максимальной суммарной мощности. Оказалось, что потери энергии минимальны, если ветряки размещены неравномерно в особом порядке - в таком случае средняя мощность одной установки в ветропарке выходила на уровень 60% от мощности одиночной. При равномерном размещении этот показатель обычно не превышает 50%.

Следует отметить, что задача оптимизации ветропарков нетривиальна. Имеющиеся аналитические модели примитивны, а численное моделирование с использованием уравнений гидродинамики требует слишком больших вычислительных ресурсов. Именно поэтому учёные «оккупировали» аэродинамическую трубу, где разместили макеты ветроустановок, выполненные в масштабе 1:3000. Чтобы приблизить модельное число Рейнольдса к реальному, исследователи заменили крыльчатки перфорированными дисками. Конечно, потоки воздуха после такого диска отличаются от потоков после турбины, но на больших расстояниях разница нивелируется. Используя натурное физическое моделирование, международная команда исследователей смогла вывести несколько общих закономерностей.

В результате учёные порекомендовали увеличивать интервалы между ветряками вдоль преобладающего направления ветра, изменив общую структуру ветропарка (например, можно разместить установки в шахматном порядке). Дополнительные исследования показали, что, допуская небольшие отклонения от идеального шахматного порядка, можно повысить общую мощность электростанции ещё на несколько процентов. Выяснилось также, что в больших ветропарках, где турбины размещены в несколько рядов, усиливается вертикальный перенос энергии.

Тем не менее неравномерная схема размещения установок имеет свои недостатки: при некоторых направлениях ветра эффективность генерации сильно падает.