В БФУ им. И. Канта напечатали ветрогенератор на 3D-принтере
Учёные и инженеры БФУ им. И. Канта разработали и изготовили тестовый вертикальный ветрогенератор, произведённый с использованием аддитивных технологий: его лопасти и крепления были напечатаны на 3D-принтере.
Необычный прототип был создан в рамках проекта разработки цифровой платформы оптимизации ветроэнергетической инфраструктуры с системой сервисной поддержки, реализуемого по программе «Приоритет 2030». Напомним, в рамках этого проекта его научный коллектив разрабатывает высокоточные математические модели аэродинамики приземного слоя атмосферы над Калининградской областью, которые могут использоваться для расчёта различных ветровых нагрузок, в том числе в интересах дальнейшего развития ветроэнергетики.
Создание прототипа ветрогенератора потребовалось учёным, чтобы верифицировать свои модели, то есть проверить корректность их вычислений на реальных данных. Конечно, предварительно все модели были проверены на больших объёмах метеорологических данных, однако для будущего практического применения моделей важно сравнить их расчёты с реальной практикой эксплуатации ветроэнергетической установки. Для этого хорошо подходят именно небольшие вертикальные ветрогенераторы – они легче, компактнее и безопаснее классических горизонтальных генераторов с большими трёхлопастными винтами, которые выгоднее использовать на полноценных ветроэлектростанциях.
Следует учитывать, что для массовой коммерческой эксплуатации гораздо лучше подходят серийные ветрогенераторы, как правило производимые с широким использованием современных композиционных материалов. Однако для верификации результатов математического моделирования напечатанный на 3D-принтере ветрогенератор подходит как нельзя лучше: его сменные лопасти сконструированы по модульному принципу, что даёт возможность учёным быстро менять их для изучения работы различных профилей лопастей на различных режимах эксплуатации и сопоставления их с результатами расчётов.
Разработкой и производством тестового ветрогенератора занимался сотрудник лаборатории астрофизики и постоянный участник Астрономического сообщества БФУ им. И. Канта Сергей Борохов. Он уже имеет богатый опыт работы с 3D-моделированием и 3D-печатью. В частности, именно он участвовал в проекте создания 200-мм телескопа, напечатанного на 3D-принтере, а затем неоднократно разрабатывал и печатал различные вспомогательные элементы для астрономического оборудования, включая роботизированный съёмочный комплекс для астрофотографии. Благодаря своему опыту, Сергей смог творчески переработать результаты численного моделирования различных профилей лопастей ветрогенераторов, которым занимались представители научной группы, и адаптировать их для производства производства прототипа с заданными параметрами.
В настоящее время ветрогенератор проходит внутреннее тестирование на физические нагрузки и соответствие его механических характеристик проектным. Затем будет подготовлена и подключена система нагрузки и измерения показаний для проверки для проверки его электрических характеристик, после чего его можно будет использовать непосредственно для полевых испытаний и сопоставления их результатов с данными моделирования. Для этого планируется установка прототипа ветрогенератора на портативную мачту, которую можно будет монтировать в интересующих учёных местах Калининградской области. Мачта позволит поднять тестовый генератор на 5-6 метров над уровнем земной поверхности, что будет соответствовать обычной высоте эксплуатации бытовых ветрогенераторов. Дело в том, что неровности рельефа, строения и деревья создают препятствия для движения воздуха, формируя так называю зону приземной турбулентности. Уже на высоте нескольких метров над поверхностью (ровной землёй, морской гладью или крышей здания) воздушный поток оказывается гораздо более равномерным, что благотворно сказывается на качестве работы ветрогенератора.
Кроме верификации математических моделей, коллектив проекта планирует заниматься дальнейшим совершенствованием и самого ветрогенератора. Так, рассматривается возможность увеличения радиуса кривизны и длины лопастей. Это позволит генератору вырабатывать больше электроэнергии, а учёным – на практике изучить динамические характеристики более крупной модели генератора.