ИСТИНА

В настоящее время значительную долю в генерации электроэнергии составляют возобновляемые источники энергии. Среди различных способов получения возобновляемой энергии наибольшее значение имеют ветровые электрогенераторы, доля которых в мире неуклонно растёт. Более 90% существующих в настоящее время преобразователей энергии ветра выполнены в виде крыльчатых ветротурбин роторного типа. Однако, многолетний опыт эксплуатации ветротурбин показал, что такой способ преобразования энергии ветра в электричество обладает рядом недостатков, таких как низкий КПД использования энергии ветра, сравнительно малая удельная мощность и генерация экологически вредного инфразвукового фона. Наличие вращающихся частей конструкции является существенным осложняющим фактором при эксплуатации ветротурбин в условиях севера или песчаной пустыни. Существенные ограничения связаны с небольшой скоростью ветра, допустимой для безопасной эксплуатации ветротурбин. Начиная с середины 2000-х годов в мировой научной литературе активно исследуются принципиально другие подходы к созданию ветровых электростанций, основанные на явлении возбуждения незатухающих автоколебаний, в частности флаттера, упругих конструкций в воздушном потоке. При этом преобразование энергии механических колебаний в электричество осуществляется с помощью пьезоэлектрических элементов, постоянных магнитов и т.п. Настоящий проект направлен на разработку аналитических и вычислительных методов проектирования и оптимизации конструкций, не содержащих скользящих соединений, шарнирных или подшипниковых узлов, а обеспечивающих отбор полезной энергии за счёт упругих автоколебаний монолитных конструкций в ветровом потоке. Перечень задач проекта включает проведение аэрофизических экспериментов и верификацию разработанных теоретических методов, оптимизацию конструкций с точки зрения прочности и получаемой полезной мощности, создание макета-демонстратора, обладающего оптимальными в данном классе конструкций характеристиками. Актуальность проекта вызвана наличием обширных регионов (крайний север, тундра, песчаные пустыни), в которых практически невозможно применение традиционных ветроэнергетических установок роторного типа из-за слишком сильных ветров, тяжелых климатических условий (обледенение, снежные и песчаные включения и пр.). Разрабатываемое в проекте направление создаёт необходимую научную основу для создания ветрогенераторов нового типа, способных работать в тяжёлых климатических условиях и могут использоваться в труднодоступных регионах. Известные работы по извлечению энергии за счет возбуждения аэроупругих автоколебаний, как правило, ограничены рассмотрением лишь простейших постановок задач, не верифицированных экспериментально. Параметры имеющихся опытных образцов не оптимизированы и, как следствие, далеки от возможности практического внедрения этих образцов. Научная новизна предлагаемого проекта заключается в создании вычислительных методов и расчётных моделей для исследования обтекания потоком воздуха колеблющихся упругих тел, как хорошо, так и плохо обтекаемой формы. Будет проведено комплексное расчетно-экспериментальное исследование двух типов автоколебательных ветровых энергоустановок, не содержащих движущихся частей и шарнирных механизмов, оптимизация их параметров и создание действующего макета-демонстратора с оптимизированными параметрами извлекаемой энергии. В результате выполнения проекта впервые будут созданы верифицированные расчётные методы и модели, которые могут стать основой для создания новых типов ветровых электрогенераторов.