Os pesquisadores modelaram a dinâmica dos fluidos de turbinas eólicas com múltiplos rotores, e como eles interagem em parques eólicos. A pesquisa demonstra uma vantagem clara para um modelo de turbina com quatro rotores.

Com seus 220 metros de diâmetro, as turbinas eólicas do futuro parque eólico Dogger Bank, no Mar do Norte, são as maiores do mundo. Mas grande, maior, maior não é necessariamente o melhor quando se trata de turbinas eólicas.

Pesquisadores da Aarhus University e da Durham University no Reino Unido agora modelaram a dinâmica dos fluidos de turbinas eólicas com vários rotores por meio de simulações numéricas de alta resolução, e descobriu-se que as turbinas eólicas com quatro rotores em uma fundação apresentam uma série de vantagens.

Uma turbina eólica coleta energia do vento que entra, mas quando o vento passa pelas lâminas da turbina, uma região com velocidades de vento mais baixas e turbulência mais alta é criada chamada esteira de turbina eólica. Uma segunda turbina eólica a jusante é afetada por essa turbulência de várias maneiras. Em primeiro lugar, produz menos energia, E em segundo lugar, a carga estrutural é aumentada.

"No estudo, descobrimos que a turbulência e as correntes na esteira das turbinas se recuperam muito mais rapidamente com turbinas com vários rotores. Isso significa que, com multi-rotores, uma segunda turbina a jusante produzirá mais energia e estará sujeita a menos carga e estresse, porque a turbulência é correspondentemente menor, "diz Mahdi Abkar, professor assistente do Departamento de Engenharia, Aarhus University e especialista em física de fluxo e turbulência.

Menos custo, menos incômodo, mais energia

Uma turbina eólica com mais de um rotor cria menos turbulência, e o vento é "restaurado" mais rápido, o que significa uma maior produção de energia. E este é um conhecimento importante em um momento em que as turbinas eólicas estão se tornando cada vez maiores, e, portanto, também cada vez mais caro.

"Você sempre pode aumentar sua produção de energia aumentando o diâmetro das pás do rotor, mas existem grandes desafios estruturais na construção dessas construções maciças com diâmetros superiores a 150 metros. Os requisitos de material aumentam, o transporte das estruturas é pesado e caro, e torna-se mais caro manter as turbinas eólicas, "diz Mahdi Abkar.

Uma turbina com quatro rotores custa aprox. 15% menos para construir do que uma turbina com um rotor, mesmo que as lâminas cubram a mesma área no total. Ao mesmo tempo, uma construção com quatro rotores é muito mais leve e, portanto, mais fácil de transportar. E se um dos rotores parar de funcionar, o resto da turbina ainda produzirá energia, ao contrário de turbinas eólicas comuns.

Além disso, os pesquisadores descobriram que as turbinas com vários rotores individuais, na verdade, produzem um pouco mais de energia do que as turbinas com um único rotor:aprox. mais 2.

"Exploramos várias geometrias e dinâmicas diferentes de turbinas com vários rotores e descobrimos que a construção ideal é uma turbina com quatro rotores o mais distantes possível. O último resulta em menos turbulência a jusante e uma estabilização mais rápida da esteira atrás do turbinas eólicas, "diz o professor assistente Mahdi Abkar.