यदि आप एक औद्योगिक पवन टरबाइन की कल्पना करते हैं, तो संभवतः आप पवनचक्की डिज़ाइन की कल्पना करते हैं, जिसे तकनीकी रूप से क्षैतिज-अक्ष पवन टरबाइन (HAWT) के रूप में जाना जाता है।लेकिन सबसे पहले पवन टरबाइन, जो 8वीं शताब्दी के आसपास मध्य पूर्व में अनाज पीसने के लिए विकसित किए गए थे, ऊर्ध्वाधर-अक्ष पवन टरबाइन (वीएडब्ल्यूटी) थे, जिसका अर्थ है कि वे समानांतर के बजाय हवा के लंबवत घूमते थे।

अपनी धीमी घूर्णन गति के कारण, VAWTs HAWTs की तुलना में कम शोर वाले होते हैं और अधिक शोर करते हैंहवाऊर्जा घनत्व, जिसका अर्थ है कि उन्हें तट पर और बाहर दोनों जगह समान आउटपुट के लिए कम जगह की आवश्यकता होती है।ब्लेड अधिक वन्यजीव-अनुकूल हैं: क्योंकि वे ऊपर से काटने के बजाय पार्श्व में घूमते हैं, पक्षियों के लिए उनसे बचना आसान होता है।

इन फायदों के साथ, आज के पवन ऊर्जा बाजार से VAWT काफी हद तक अनुपस्थित क्यों हैं?जैसा कि स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग अनस्टेडी फ्लो डायग्नोस्टिक्स लैब ((यूएनफोल्ड)) के एक शोधकर्ता सेबस्टियन ले फाउस्ट बताते हैं, यह एक इंजीनियरिंग समस्या है - वायु प्रवाह नियंत्रण - जिसका उनका मानना ​​है कि इसे सेंसर तकनीक के संयोजन से हल किया जा सकता है।औरयंत्र अधिगम.

एक पेपर मेंप्रकाशितमेंप्रकृति संचार, ले फॉएस्ट और यूएनफोल्ड के प्रमुख करेन मुलेनर्स ने वीएडब्ल्यूटी ब्लेड के लिए दो इष्टतम पिच प्रोफाइल का वर्णन किया है, जो टरबाइन दक्षता में 200% की वृद्धि और संरचना-खतरनाक कंपन में 77% की कमी प्राप्त करते हैं।

"हमारा अध्ययन, हमारी सर्वोत्तम जानकारी के अनुसार, VAWT ब्लेड के लिए सबसे अच्छी पिच निर्धारित करने के लिए आनुवंशिक शिक्षण एल्गोरिदम का पहला प्रयोगात्मक अनुप्रयोग दर्शाता है," ले फाउस्ट कहते हैं।

अकिलीज़ हील को लाभ में बदलना

ले फाउस्ट बताते हैं कि जबकि यूरोप की स्थापित पवन ऊर्जा क्षमता प्रति वर्ष 19 गीगावाट बढ़ रही है, कार्बन उत्सर्जन के लिए संयुक्त राष्ट्र के 2050 उद्देश्यों को पूरा करने के लिए यह आंकड़ा 30 गीगावाट के करीब होना चाहिए।

वे कहते हैं, "इसे हासिल करने में बाधाएं वित्तीय नहीं, बल्कि सामाजिक और विधायी हैं। पवन टर्बाइनों के आकार और शोर के कारण सार्वजनिक स्वीकृति बहुत कम है।"

इस संबंध में उनके फायदे के बावजूद, VAWTs एक गंभीर खामी से ग्रस्त हैं: वे केवल मध्यम, निरंतर वायु प्रवाह के साथ अच्छी तरह से काम करते हैं।घूर्णन की ऊर्ध्वाधर धुरी का मतलब है कि ब्लेड हवा के संबंध में लगातार अभिविन्यास बदल रहे हैं।

एक तेज़ झोंका हवा के प्रवाह और ब्लेड के बीच के कोण को बढ़ाता है, जिससे गतिशील स्टॉल नामक घटना में एक भंवर बनता है।ये भंवर क्षणिक संरचनात्मक भार पैदा करते हैं जिन्हें ब्लेड झेल नहीं सकते।

झोंकों के प्रति प्रतिरोध की इस कमी से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं ने उस पर कार्य करने वाली वायु सेना को मापने के लिए एक सक्रिय ब्लेड शाफ्ट पर सेंसर लगाए।ब्लेड को विभिन्न कोणों, गति और आयामों पर आगे और पीछे पिच करके, उन्होंने "पिच प्रोफाइल" की श्रृंखला तैयार की।फिर, उन्होंने आनुवंशिक एल्गोरिदम को चलाने के लिए एक कंप्यूटर का उपयोग किया, जिसने 3,500 से अधिक प्रयोगात्मक पुनरावृत्तियों का प्रदर्शन किया।एक विकासवादी प्रक्रिया की तरह, एल्गोरिदम ने सबसे कुशल और मजबूत पिच प्रोफाइल का चयन किया, और नई और बेहतर "संतान" उत्पन्न करने के लिए उनके लक्षणों को फिर से संयोजित किया।

इस दृष्टिकोण ने शोधकर्ताओं को न केवल दो पिच प्रोफ़ाइल श्रृंखलाओं की पहचान करने की अनुमति दी जो महत्वपूर्ण रूप से वृद्धि में योगदान करती हैंटर्बाइनदक्षता और मजबूती, बल्कि VAWTs की सबसे बड़ी कमजोरी को ताकत में बदलना भी।

"डायनेमिक स्टॉल - वही घटना जो पवन टरबाइनों को नष्ट कर देती है - छोटे पैमाने पर वास्तव में ब्लेड को आगे बढ़ा सकती है। यहां, हम वास्तव में बिजली उत्पादन के लिए ब्लेड पिच को आगे की ओर पुनर्निर्देशित करके अपने लाभ के लिए डायनेमिक स्टॉल का उपयोग करते हैं," ले फाउस्ट बताते हैं।

"अधिकांश पवन टरबाइन ब्लेड द्वारा उत्पन्न बल को ऊपर की ओर झुकाते हैं, जो घूर्णन में मदद नहीं करता है। उस कोण को बदलने से न केवल एक छोटा भंवर बनता है, बल्कि साथ ही यह इसे बिल्कुल सही समय पर दूर धकेल देता है, जिसके परिणामस्वरूप शक्ति का दूसरा क्षेत्र बनता है।उत्पादन में गिरावट।"

यह पेपर ले फ़ौएस्ट की पीएच.डी. का प्रतिनिधित्व करता है।UNFOLD लैब में काम करें।अब, वह एक प्रूफ़-ऑफ़-कॉन्सेप्ट VAWT बनाने की योजना बना रहा है।लक्ष्य इसे बाहर स्थापित करना है, ताकि इसका परीक्षण किया जा सके कि यह वास्तविक समय में वास्तविक दुनिया की स्थितियों पर प्रतिक्रिया करता है।

"हमें उम्मीद है कि यह वायु प्रवाह नियंत्रण विधि कुशल और विश्वसनीय VAWT तकनीक को परिपक्वता तक ला सकती है ताकि इसे अंततः व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कराया जा सके," ले फाउस्ट कहते हैं।