Según una predicción realizada por el Departamento de Energía de los EE. UU., La energía eólica podría proporcionar el 20 por ciento de la electricidad en los EE. UU. Para el año 2030. Esto ha motivado a los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Utah a investigar las capacidades de rendimiento y financierasbeneficios de las turbinas eólicas de eje vertical VAWT en áreas urbanas y suburbanas.
Un VAWT es un diseño de turbina eólica donde el generador está orientado verticalmente en la torre, en lugar de sentarse horizontalmente en la parte superior. Si bien hay muchos diseños VAWT, el que se utiliza en este estudio se llama tipo Darrieus de hoja recta o H-turbina de rotor.
Según los investigadores, los VAWT pequeños poseen la capacidad de operar de manera efectiva en presencia de un flujo turbulento alto, lo que los convierte en dispositivos ideales de recolección de energía en entornos urbanos y suburbanos. En un artículo de esta semana Revista de energía renovable y sostenible , de AIP Publishing, los autores presentan resultados que indican que un sistema VAWT de diseño óptimo puede competir financieramente con plantas de energía a base de combustibles fósiles en áreas urbanas y suburbanas, e incluso encabezar el desarrollo de un edificio o ciudad de energía neta cero.
Para establecer sus resultados, el equipo ingresó datos reales de velocidad del viento resueltos en el tiempo en una simulación numérica que determinó la cantidad total de energía capturada por una turbina durante un año de operación. Sus datos de viento se acumularon durante el año 2009 a partir de 3-D anemómetros sónicos montados en la parte superior de los postes de tráfico, a unos 9 metros, o 30 pies, sobre el suelo, y ubicados en nueve sitios urbanos y suburbanos diferentes alrededor de Oklahoma City, Oklahoma.
Los investigadores simularon 13 configuraciones diferentes de turbinas eólicas, con un enfoque en cuatro parámetros de diseño particulares: relación de aspecto altura / diámetro H / D, forma del perfil de la pala, solidez de la turbina y momento de inercia de la turbina. La principal medida de rendimiento utilizadaidentificar la configuración de diseño óptima fue el porcentaje de energía capturada por la turbina en el transcurso del año en relación con la energía disponible en el viento turbulento durante el mismo período de tiempo.
De las 13 configuraciones de diseño, el diseño óptimo de la turbina tuvo el momento de inercia más bajo. Curiosamente, sin embargo, los investigadores confirmaron que incluso con el momento de inercia eliminado como parámetro de diseño, esta configuración seguía siendo la más ideal.
También analizaron los diversos diseños de turbinas para el costo nivelado de energía LCOE en uno de los sitios de prueba y encontraron los valores de las características de las palas necesarias para opciones económicamente viables. La configuración óptima del diseño en este sitio produjo electricidad a un costo 10por ciento más bajo que el precio unitario nacional promedio de electricidad.
"Este no es el final de nuestra investigación, y creo que tenemos más que estudiar sobre la configuración del diseño de la turbina y sus condiciones de operación que permitirían mejorar la cantidad de energía capturada por la turbina. Es [...]emocionante ", dijo Lam Nguyen, uno de los principales investigadores del proyecto. Actualmente, Nguyen está ampliando su investigación con un ex asesor.
Tras concluir que una configuración de diseño óptima para VAWT podría conducir a un menor costo eléctrico, el equipo sabe que el trabajo no está terminado.
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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