Niemieckie Centrum Lotnicze i Kosmiczne (DLR) przeprowadziło badania śladu aerodynamicznego (ang. wake effect) z wykorzystaniem dziesięcu dronów w ramach projektu NearWake na farmie badawczej WiValdi w Krummendeich. Po raz pierwszy drony wykonały pomiary bezpośrednio przed i za turbinami wiatrowymi OPUS 1 i OPUS 2, tam gdzie stacjonarne narzędzia pomiarowe nie mogą dotrzeć.
Projekt NearWake koncentruje się na propagacji bliskiego śladu aerodynamicznego – przepływu powietrza bezpośrednio pojawiającego się za turbiną wiatrową. Ten przepływ jest wolniejszy i bardziej turbulentny, ponieważ turbina „pobiera” energię wiatru, przekształcając energię kinetyczną w elektryczną. Badacze skupili się na maksymalnej odległości dwóch średnic wirnika za turbiną – w tym przypadku 230 metrów.
„Ślad powstający za turbiną to ważny i fascynujący przedmiot badań. Turbiny wiatrowe zwykle nie są strukturami samoistnymi, ale grupowane w farmach wiatrowych. Oznacza to, że ślad z jednej turbiny wpływa na te znajdujące się za nią, co może znacząco wpłynąć na ich wydajność i obciążenia działające na łopaty i systemy turbin” – wyjaśnił Norman Wildmann, który nadzoruje projekt NearWake w Instytucie Fizyki Atmosfery DLR.
Małe drony o wadze poniżej jednego kilograma zostały zoptymalizowane do pomiarów wiatru. Zespół DLR spędził trzy tygodnie na miejscu, wykonując około 100 lotów. Drony były ustawione w dwóch liniach po pięć sztuk – pierwsza linia była umieszczona pół średnicy wirnika za pierwszą turbiną, a druga linia w pełnej średnicy wirnika za nią. Drony musiały utrzymywać swoją pozycję tak precyzyjnie jak to możliwe przez 15 minut.
„Manewry lotnicze działały niezawodnie nawet w bliskiej odległości od turbiny, umożliwiając nam zebranie kompleksowych, wysokiej jakości danych, które dobrze odpowiadają tym rejestrowanym przez stacjonarne urządzenia pomiarowe” – podsumował Wildmann.
Ze wstępnych pomiarów wynika, że szczególnie turbulentne wiry powietrza występujące na końcach łopat przepływają dalej z wiatrem i są ważnym czynnikiem. Jak szybko się rozpraszają, zależy głównie od warunków atmosferycznych i pogodowych.
Im precyzyjniej zrozumiane są procesy i interakcje śladu aerodynamicznego występującego bezpośrednio za turbiną wiatrową, tym lepiej można dostosowywać zachowania turbin i ich wzajemny wpływ na etapie projektowania lub w systemach kontroli ich pracy. Pozwoli to na znacznie dokładniejsze przewidywanie przyszłej wydajności i obciążeń, co pomoże przemysłowi udoskonalić turbiny i jeszcze lepiej planować farmy wiatrowe.
Projekt prowadzony jest przez producenta turbin wiatrowych ENERCON i Wobben Research & Development. Inne podmioty uczestniczące w projekcie to Uniwersytet Techniczny w Monachium, Centrum Badań Energii Słonecznej i Wodoru Baden-Württembergia oraz Uniwersytet Carla von Ossietzky w Oldenburgu. Projekt ma trwać do 2026 roku.
Badania nad turbulencjami struniemni powietrza powstajacymi za turbinami wiatrowymi mają kluczowe znaczenie dla optymalizacji farm wiatrowych i zwiększenia ich efektywności energetycznej. Lepsze zrozumienie zjawisk aerodynamicznych w śladzie wiatrowym turbin pozwala na precyzyjniejsze projektowanie układu farm, minimalizację strat energetycznych oraz przedłużenie żywotności urządzeń. Tego typu badania są szczególnie istotne w kontekście rozwoju morskiej energetyki wiatrowej, gdzie turbiny są coraz większe i umieszczane bliżej siebie, co zwiększa znaczenie efektów wzajemnego oddziaływania.
