Penelitian Baru Bertujuan Meningkatkan Efisiensi Turbin Angin melalui Kontrol Aliran Lanjutan
Pada tahun 2008, Amerika Serikat menambahkan kapasitas turbin angin lebih banyak daripada kapasitas pembangkit listrik batu bara, menandai titik balik untuk energi terbarukan. Sementara biaya turbin angin terus turun, insinyur setuju bahwa desain keseluruhan masih tertinggal di balik performa optimal.
Kemajuan terbaru dipamerkan pada pertemuan Divisi Dinamika Fluida American Physical Society di Long Beach, California.
Variabilitas angin—hembusan, turbulensi, wake hulu, dan geseran—masih menjadi tantangan utama untuk efisiensi blade. Aliran stabil memberikan performa puncak, tetapi kondisi dunia nyata merosotinya.
Peneliti di Universitas Syracuse mempionirkan pendekatan sistem pintar yang secara aktif mengontrol aliran udara atas blade turbin secara real-time, potensialmente meningkatkan efisiensi di seluruh regime angin yang beragam.
Dipimpin oleh Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser dan Hiroshi Higuchi, tim—didukung oleh Departemen Energi AS dan Konsorsium Energi Angin Universitas Minnesota—menggunakan sensor berbasis permukaan untuk memperkirakan aliran lokal dan menyediakan data ke pengontrol prediktif yang menyesuaikan geometri blade secara instan.
Simulasi awal menunjukkan bahwa penerapan kontrol aliran di luar radius tengah blade dapat memperluas envelop operasional turbin atau meningkatkan daya tercatat tanpa mengubah kapasitas saat ini.
Kerja paralel di anechoic wind tunnel baru Syracuse mengukur lift, drag, dan spektrum noise dari prototype airfoil di bawah aliran tidak stabil yang dikontrol, menyediakan data validasi kritis.
Garisan penelitian lain menanggulangi drag blade melalui riblet mikro-gulma—rib gulma segitiga kecil yang dalam 40–225 µm—dilapisi tak terlihat pada permukaan. Riblet ini, tak terlihat oleh mata, bertujuan untuk meniru teknik pengurang drag yang terbukti pada perlayaran kapal dan Airbus A380.
Tes wind tunnel pada airfoil turbin 2,5-MW, digabungkan dengan studi komputasi, mengevaluasi bagaimana geometri gulma dan sudut serangan mempengaruhi performa.
Aplikasi riblet sebelumnya pada lay Amerika's Cup terakhir dan pada penerbangan komersial mencapai pengurang drag sekitar 6 %, menunjukkan kelayakan konsep.
Blade turbin angin berbeda dari sayap pesawat: mereka memiliki bagian yang lebih tebal di dekat poros dan beroperasi dalam turbulensi tingkat tanah, sehingga manfaat pengurang drag berbeda.
Peneliti Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro dan Fotis Sotiropoulos memperkirakan bahwa riblet dapat meningkatkan efisiensi turbin sekitar 3 % dalam kondisi dunia nyata.
