अधिकांश पवन टरबाइन हवा का सामना करते हैं और इसका एक अच्छा कारण है।1980 के दशक से, पवन टरबाइन डेवलपर्स अपने डिजाइनों के लिए "डेनिश अवधारणा" का उपयोग कर रहे हैं - तीन ब्लेड, हवा की दिशा में स्थित (यानी, हवा का सामना करना पड़ रहा है), जो ऊर्जा उत्पादन को अधिकतम करने के लिए हवा का सामना करने के लिए इंजीनियर किए गए हैं।

इस वसंत में, राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) के शोधकर्ताओं के एक समूह ने, डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय (डीटीयू) के साथ साझेदारी में, इस सवाल का जवाब देकर डेनिश अवधारणा को चुनौती देने की कोशिश की: जब हम मुड़ते हैं तो क्या होता हैपवन टरबाइन ब्लेडआस-पास?

एनआरईएल पवन ऊर्जा शोधकर्ता (और परियोजना प्रमुख) पिएत्रो बोर्तोलोटी ने कहा, "अनुसंधान समुदाय में दशकों से इस बारे में चर्चा चल रही है कि क्या सभी टर्बाइनों को हवा की दिशा में चलना चाहिए।""जिन टर्बाइनों से हमने 1980 के दशक में शुरुआत की थी, जब यह मानक निर्धारित किया गया था, वे आज हम जो टर्बाइन तैनात करते हैं, उससे बहुत अलग थे। वे बहुत छोटे थे और उनमें बड़े ब्लेड, बड़े टावर थे।"

एक हालिया प्रयोग का लक्ष्य इस बारे में ठोस डेटा प्रदान करना था कि क्या उल्टा प्रतिमान अभी भी मान्य है।

दूसरे पहेलू पर

प्रयोग को पूरा करने के लिए, एनआरईएल और डीटीयू शोधकर्ताओं ने सचमुच 1.5-मेगावाट अनुसंधान पवन टरबाइन के रोटर को फ़्लिप किया, जो कोलोराडो में एनआरईएल के फ़्लैटिरन्स कैंपस में रहता है - साथ ही टॉवर के ऊपर विंड वेन और नैकेले (जिसमें गियरबॉक्स होता है) के साथ।फिर उन्होंने जनरेटर को दूसरी दिशा में घुमाने के लिए दोबारा तार लगाया।बोर्टोलोटी ने कहा, "इसके अलावा, हमें यह सुनिश्चित करने के लिए लाखों अन्य चीजें करनी पड़ीं कि हम कुछ भी तोड़ने नहीं जा रहे हैं।"

तकनीशियनों द्वारा परिवर्तन करने, दबाव बेल्ट जोड़ने और पवन टरबाइन से विभिन्न दूरी पर माइक्रोफोन स्थापित करने के लिए हवाई प्लेटफार्मों पर दिन और रात बिताने के बाद, टीम डेटा कैप्चर करना शुरू करने में सक्षम थी।

बोर्टोलोटी ने कहा, "हमने यह प्रयोग दो कारणों से किया: डाउनविंड टर्बाइनों की तकनीकी-आर्थिक व्यवहार्यता का अध्ययन करना और डीटीयू के इस नए उपकरण का उपयोग करना जो टरबाइन ब्लेड पर दबाव वितरण के प्रदर्शन को माप सकता है।"

बोर्टोलोटी को जेसन रोडमैन, मार्क इवरसन, क्रिस इवानोव, जॉन केलर और डेरेक स्लॉटर समेत कई अन्य पवन ऊर्जा शोधकर्ताओं और तकनीशियनों द्वारा समर्थित किया गया था, जिन्होंने भौतिक परिवर्तन करने और परिणामों की निगरानी करने के लिए मिलकर काम किया था।

दशकों पुराने सवालों का जवाब देने वाला एक तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण

यह प्रयोग अमेरिकी ऊर्जा विभाग के पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी कार्यालय द्वारा वित्त पोषित बिग एडेप्टिव रोटर (बीएआर) परियोजना के माध्यम से की जा रही अंतिम परियोजनाओं में से एक है।BAR का लक्ष्य भूमि-आधारित पवन टरबाइन प्रौद्योगिकियों के विकास का समर्थन करना और लागत कम करने के तरीकों की पहचान करना है, विशेष रूप से बढ़े हुए लचीलेपन के साथ हल्के वजन वाले ब्लेड बनाने से संबंधित है।

बोर्टोलोटी ने कहा, "हमने संभावित उम्मीदवारों के पूरे स्पेक्ट्रम पर गौर किया।""और हम यह जांच करना चाहते थे कि क्या नीचे की ओर जाना लचीलापन बढ़ाने और लागत कम करने का एक अवसर था।"

पहली नज़र में, डाउनविंड परिदृश्य के कुछ पहलू आशाजनक लगते हैं।सबसे पहले, डाउनविंड टरबाइन में ब्लेड हवा द्वारा स्वाभाविक रूप से टॉवर से दूर धकेल दिए जाते हैं, इसलिए हल्के और अधिक लचीले ब्लेड डिजाइन करने का अवसर होता है जिन्हें टॉवर से दूर रहने के लिए पर्याप्त कठोर होने की आवश्यकता नहीं होती है।और ब्लेड जितना हल्का होगा, उन्हें बनाना उतना ही कम खर्चीला होगा।

दूसरा, पवन टरबाइन के रोटर का झुकाव टरबाइन के वेक को जमीन की ओर पुनर्निर्देशित करता है, इसलिए किसी खेत में अन्य टरबाइनों के साथ हस्तक्षेप करने की संभावना कम होती है।और कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि डाउनविंड रोटर्स बड़े पवन फार्मों के बिजली प्रदर्शन को बढ़ाते हैं।

लेकिन एक बड़ा मुद्दा है जो गिरावट के परिदृश्य के साथ आता है।तथ्य यह है कि, जब कोई ब्लेड टॉवर के पीछे से गुजरता है, तो वह एक पल के लिए हवा से सुरक्षित रहता है।इससे ब्लेड पर दबाव बदल जाता है, जिससे दोलन या उतार-चढ़ाव उत्पन्न होता है, जिससे ब्लेड पर थकान होती है और एक श्रव्य "थंप" उत्पन्न होती है।और वह गड़गड़ाहट हर बार तब होती है जब ब्लेडों में से एक टॉवर के पीछे से गुजरता है - दूसरे शब्दों में, अक्सर।

11 घंटे के डेटा संग्रह के दौरान, टीम ने वास्तव में श्रव्य-पर्याप्त स्तर पर थम्प को पकड़ लिया, जो कानों के भीतर समुदायों को प्रभावित कर सकता है।

दबाव में ब्लेड

दोलन ने केवल ध्यान देने योग्य ध्वनि उत्पन्न नहीं की।इसने पवन टरबाइन पर भी दबाव उत्पन्न किया - दबाव, जिसे प्रयोग के दौरान, तीन विशेष बेल्टों के माध्यम से मापा गया था, जिन्हें डीटीयू के शोधकर्ताओं ने एक ब्लेड और टरबाइन टॉवर पर चिपका दिया था।

बोर्टोलोटी ने कहा, "बेल्ट बहुत नए उपकरण हैं जिन पर डीटीयू काम कर रहा है," उन्होंने कहा कि बेल्ट डिवाइस शोधकर्ताओं को रोटर के प्रदर्शन को निर्धारित करने में मदद कर सकते हैं, चाहे वह ऊपर की ओर हो या नीचे की ओर।"हमने इस प्रयोग का उपयोग डीटीयू को इस तकनीक को आगे बढ़ाने में मदद करने के लिए किया, क्योंकि यह एक बहुत ही मूल्यवान और अद्वितीय उपकरण है जिसे हम भविष्य में अपवाइंड रोटर्स के लिए फिर से उपयोग करने की उम्मीद करते हैं।"

प्रयोग के दौरान, बेल्ट ने रोटर रोटेशन के साथ दबाव वितरण को मापा, जिससे टीम को ब्लेड पर टॉवर के पीछे के दोलन के प्रभाव पर एक सटीक नज़र मिली।ये माप डाउनविंड रोटर्स द्वारा अनुभव की गई बढ़ी हुई थकान लोडिंग में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करने में मदद करेंगे।

अध्ययन में बेल्टों का उपयोग करने का एक अन्य प्रमुख लाभ उनके द्वारा उत्पादित डेटा था।ये डेटा एनआरईएल के ओपनफ़ास्ट टूल के साथ विकसित टीम द्वारा विकसित एयरोइलास्टिक संख्यात्मक मॉडल की वास्तविक दुनिया की मान्यता प्रदान कर सकते हैं।

बोर्टोलोटी ने कहा, "एनआरईएल में, हम भार की संख्यात्मक भविष्यवाणी, पवन टर्बाइनों, पवन फार्मों आदि के प्रदर्शन के लिए बहुत सारे उपकरण विकसित करते हैं," उन्होंने कहा कि दबाव बेल्ट जैसे उपकरण इन संख्यात्मक उपकरणों को मान्य करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

टीम भविष्य में अधिक परंपरागत रोटर्स पर प्रयोगों में प्रेशर बेल्ट का उपयोग करने की योजना बना रही है।बोर्टोलोटी ने कहा, "बीएआर परियोजना के लिए धन्यवाद, अब हमें विश्वास है कि बेल्ट मूल्यवान प्रयोगात्मक डेटासेट उत्पन्न करने का एक व्यवहार्य तरीका है जो पवन टर्बाइनों की हमारी समझ को बेहतर बनाने में हमारी मदद करेगा।"

निष्कर्ष निकालना

जबकि अध्ययन के औपचारिक परिणाम 2024 के अंत तक प्रकाशित नहीं किए जाएंगे, प्रारंभिक परिणाम यह निष्कर्ष निकालने के लिए पर्याप्त हैं कि डाउनविंड संचालन के संभावित लाभ कमियों से अधिक नहीं हैं।

बोर्टोलोटी बताते हैं कि टीम को पता था कि शोर और ब्लेड की थकान की चिंताएं डाउनविंड भूमि-आधारित टर्बाइनों के साथ मौजूद थीं, लेकिन प्रभाव स्पष्ट नहीं था।

बोर्टोलोटी ने कहा, "अनुसंधान समुदाय को 1980 के दशक के डेटासेट और वास्तविक सबूतों पर निर्भर रहना पड़ा, जो विज्ञान में पर्याप्त नहीं हैं।""अब हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि अगली पीढ़ी भूमि आधारित होगीपवन वाली टर्बाइनबड़ी और अधिक लचीली होगी, लेकिन डेनिश अवधारणा प्रमुख तकनीक बनी रहेगी।"

अंततः, प्रयोग एक बड़ी उपलब्धि थी - और केवल इस तथ्य के लिए नहीं कि इसने मॉडलिंग और सिमुलेशन टूल को मान्य करते हुए उपयोगिता-स्केल डाउनविंड टरबाइन के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण डेटा एकत्र किया।

बोर्टोलोटी ने कहा, "हमने कुछ ऐसा किया जिसके बारे में किसी ने नहीं सोचा था कि हम कर सकते हैं, जो कि उपकरणों के एक बड़े सेट से सुसज्जित एक काफी बड़े पवन टरबाइन को घुमाना था, जिसने एयरोकॉस्टिक्स, भार और दबाव डेटा के व्यापक स्पेक्ट्रम को रिकॉर्ड किया था।""यह 1.5-मेगावाट टरबाइन आधुनिक प्रतिष्ठानों की तुलना में छोटा है, लेकिन फिर भी, यह एक बड़ा जानवर है, और एक भी बोल्ट को तोड़े बिना इसे सुरक्षित रूप से घुमाना एक बड़ी उपलब्धि थी।"