Ученые БФУ им. И. Канта провели математическое моделирование динамики ветрогенератора, установленного на побережье Балтийского моря в Калининградской области. Для этого на базе высокоточной модели турбины устройства на платформе OpenFAST и высокоточной карты ветроэнергетического потенциала региона была выполнена серия экспериментов. Специалисты смогли смоделировать различные режимы работы ветрогенератора: при штиле, умеренном ветре и в сильный шторм.
Для исследования была выбрана эталонная модель ветрогенератора, который имеет ротор диаметром 126 метров на монолитной опоре высотой 90 метров, установленной на морском мелководье. Схожие ветрогенераторы активно устанавливаются в шельфовых ветропарках в акватории Балтийского и Северного моря и обеспечивают генерацию порядка 5 МВт электрической мощности каждый.
| Моделирование наглядно продемонстрировало, как меняется скорость движения ротора ветрогенератора и нагрузка на его элементы по мере роста скорости ветра. Были получены наглядные трёхмерные анимации динамики ветрогенератора на различных режимах за минутный период, а также графики изменения механических параметров установки за это же время. На анимации хорошо видно, как под действием более сильного ветра ротор генератора начинает вращаться быстрее, лопасти изгибаются, а по морю бегут высокие волны, |
| рассказал младший научный сотрудник лаборатории астрофизики БФУ им. И. Канта Алексей Байгашов. |
Графики изменения динамических параметров генератора подтверждают резкий рост нагрузки на конструкцию ветрогенератора, что может привести к риску ее механического повреждения. Если при штиле и умеренном ветре динамические параметры генератора меняются плавно и медленно, а нагрузка на его элементы не превосходит нормальную, то в шторм, как изгибающий момент в корне лопасти, так и давление на подшипники рыскания, испытывают резкие скачки, крайне опасные для конструкции.
| Именно такие экстремальные режимы работы ветрогенератора требуют тщательного изучения еще на стадии эскизного проектирования, чтобы минимизировать риски, связанные с погодными условиями. Методы математического моделирования позволяют произвести анализ полностью в виртуальной среде, без необходимости тратить большие средства на натурные эксперименты в аэродинамических трубах или ждать подходящего шторма с экстремальными ветрами, |
| отметил ученый. |
Выполненные численные эксперименты – лишь малая часть большого проекта «Разработка цифровой платформы оптимизации ветроэнергетической инфраструктуры с системой сервисной поддержки», который учёные БФУ им. И. Канта реализуют в рамках программы «Приоритет 2030». В дальнейшем коллектив проекта планирует создать цифровые двойники различных ветрогенераторов и поместить их в виртуальную среду, моделирующую рельеф и ветровые условия Калининградской области, с целью оценки потенциальной эффективности их размещения в регионе.
В материале упоминаются
Байгашов Алексей Сергеевич
руководитель Астрономического сообщества, младший научный сотрудник лаборатории астрофизики
Поделиться: