幾個世紀以來,人類一直在利用風——主要用於抽水和磨麵粉。 現在,風力渦輪機在清潔能源轉型中發揮關鍵作用。 這些大型、時尚的機器似乎體現了效率,但它們可以變得更加高效,並且對周圍環境的破壞更少。
加拿大公司 Biome Renewables 正在透過模仿自然來進行改進。 他們透過研究貓頭鷹的飛行方式來降低渦輪機噪音——貓頭鷹因其安靜的飛行而聞名。 當風力渦輪機葉片切開空氣時,它會在上方和下方產生一股氣流,每種氣流以不同的速度傳播。 當兩股氣流在葉片後面相遇時,它們會發生碰撞,產生狂野而嘈雜的湍流。 渦輪葉片的作用就像貓頭鷹的翅膀。 在檢查貓頭鷹時,他們發現沿著翅膀羽毛後緣有一個特殊的邊緣,迫使空氣在特定位置混合,消除周圍空氣流動的聲音,從而實現無聲飛行。
根據他們的觀察,Biome Renewables 為渦輪葉片的尾部設計了鋸齒狀邊緣。 當空氣在刀片周圍流動時,其中一些空氣捲曲到鋸齒狀齒根部的空間中,產生一個聲波,而另一些空氣則捲曲到齒尖處,片刻後產生第二個聲波。 第一個聲波的波谷與第二個聲波的波峰對齊,並相互抵消。 風洞測試表明,該技術可降低噪音50-80%。 此外,葉片後面湍流的減少使得渦輪機在相同速度的風中旋轉得稍快,從而產生更多的電力。
為了進一步提高效率,Biome Renewables 發現了一種來自完全不同的自然領域的模式。 旋轉的葉片產生吸力,將空氣拉向中間的輪轂。 該公司設計了一種名為「動力錐」的裝置,它安裝在渦輪機中心上,並將空氣平穩地引導回葉片上。 這種空氣動力增強裝置將渦輪機的功率輸出提高了 13%。 他們從哪裡找到靈感? 掉落的楓樹種子。
楓樹種子的不平衡重量導致它以一定的角度旋轉,這會改變風沿著種子細長的長度,加速流向尖端。 因此,種子會圍繞中心點旋轉,使它們能夠在空中停留更長時間,這樣它們就可以被風帶到更遠的地方。 在「動力錐」中採用這些相同的原理可以增加渦輪機的扭矩,從而提高其效率和電力輸出。
在給定風速下,渦輪機的更大輸出減少了滿足我們的能源需求所需的渦輪機數量,除了透過生產清潔能源減少溫室氣體排放之外,這對環境也是一種勝利。