Блог

Технология AirLoom, разработанная при помощи компьютерного моделирования, претендует на замещение традиционных ветряков

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Проект AirLoom Energy, который призван стать альтернативой традиционным ветрякам, наглядно показывает, что революционные технологии в области энергетики могут принимать довольно необычные формы. AirLoom Energy – это молодая компания в сфере ветроэнергетики, созданная в рамках инкубатора WTBC Университета Вайоминг. Штат Вайоминг известен своими сильными, или даже ОЧЕНЬ СИЛЬНЫМИ ветрами. Недавно наша технология получения энергии ветра Airloom была отмечена грантом SBIR (Small Business Innovation Research program – Программа поддержки и развития малого инновационного бизнеса) от Национального научного фонда (National Science Foundation). Получение этого гранта стало возможным во многом благодаря поддержке, полученной нами в рамках программы для стартапов от компании ANSYS (ANSYS Startup program).

ANSYS Команда AirLoom Energy (слева на право): Mookwon Seo (инженер), Olivia Lim (инженер), Robert Lumley (руководитель), Blossom Ko (операционный менеджер). На фотографии отсутствуют ещё два члена команды: Lance Goode (системный администратор), Josh Hamblin (инженер).

Концепция перемещения по направляющей

Мы проанализировали принцип работы обычного ветряка с горизонтальной осью и решили внести радикальные изменения в геометрию. Вместо традиционных расходящихся от оси вращения трех лопастей, запатентованная  установка AirLoom использует планеры, которые движутся вдоль замкнутой направляющей и получают энергию ветра при поступательном движении. Проекция ветровой нагрузки вдоль направления ветра воспринимается за счёт предварительного натяжения направляющих, работающих практически как оттяжки в палатке. Конфигурация и высота такой революционной конструкции может быть легко изменена, стоимость её постройки в 15 раз ниже традиционного ветряка, а масса – в 23 раза меньше. Все эти факторы определяют широкий спектр применения установки Airloom: от передвижных и компактных систем для аварийного энергоснабжения служб МЧС и военных, и до установок для промышленной энергогенерации.

ANSYS Airloom: от передвижных и компактных систем для аварийного энергоснабжения служб МЧС и военных, и до установок для промышленной энергогенерации.

Несомненно, при разработке этой технологии нам пришлось преодолеть ряд технических проблем. Одна из наиболее сложных задач заключалась в разработке метода получения энергии от установки. Мы рассматривали три варианта:

  1. Генераторы, встроенные в планеры (например, пропеллеры или генератор, построенный на базе зубчатой рейки и шестерни).
  2. Установка по принципу горнолыжного подъёмника (с планерами, тянущими трос).
  3. Линейный генератор (по аналогии с поездом на магнитной подвеске).

Последний вариант кажется нам наилучшим с технической точки зрения, но его стоимость составляет порядка 1 миллиона долларов за 1 милю длины, что существенно превышает наш бюджет. Размышляя над альтернативными вариантами, мы пришли к идее линейного генератора на постоянных магнитах с поперечным магнитным потоком. Однако, квалифицированный эксперт в этой области предупредил нас, что в настоящее время не существует аналитических моделей таких генераторов, которые бы удовлетворяли нашим требованиям, а разработка такой модели может быть оценена в как минимум три месяца высококвалифицированного труда узкоспециализированного специалиста при полной занятости. Это обстоятельство потребовало бы существенно пересмотреть весь ход проекта, заложить дополнительное время на доработку и средства на привлечение необходимого специалиста. Ко всему прочему, мы не были до конца уверены в том, что результат в полной мере оправдает наши ожидания.

Решение с помощью компьютерного моделирования

Вместо того, чтобы пойти по предложенному пути, мы облачили нашу неоперившуюся ещё идею линейного генератора в геометрическую модель и импортировали ее в ANSYS Maxwell. Уже через неделю у нас была работающая базовая модель, мы провели параметрическое исследование с 6000 вариантами базовой геометрии и получили следующий результат:

ANSYS Мы назвали этот генератор «Twisted Falcon» из-за того, что под определенным углом он напоминает космический корабль «Тысячелетний сокол» из «Звездных войн».

Мы назвали этот генератор «Twisted Falcon» из-за того, что под определенным углом он напоминает космический корабль «Тысячелетний сокол» из «Звездных войн».

Каждый планер в установке AirLoom прикреплен к генератору Twisted Falcon. Вдоль направляющей, по которой перемещается планер, проложена сплошная медная шина,  выполняющая функцию обмотки электродвигателя. Планеры индуцируют напряжение в шине, и напряжения, созданные каждым планером, суммируются.

ANSYS Maxwell предоставляет нам возможность итерационной и интерактивной оптимизации геометрии, стоимости и других параметров генератора. Мы также можем выполнять оценку различных изменений, которые неизбежно потребуются по мере работы над проектом ветроустановки в целом. Более того, Maxwell позволяет доказать работоспособность нашей идеи в реальных условиях, что является крайне важным фактором в наших взаимоотношениях с инвесторами.

Участие в программе ANSYS Startup Program позволило нам разработать модель генератора на постоянных магнитах с поперечным магнитным потоком, удовлетворяющего  нашим требованиям, затратив на это меньше времени и средств, чем ожидалось. Что еще нужно для компании-стартапа?

Источник: http://www.ansys-blog.com/airloom-energy-wind-turbine/
Автор: Blossom Ko

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп