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屋顶风力可能会使用飞行的关键原则起飞

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这张插图展示了桑迪亚国家实验室开发的Aero-MINE对的操作,前景是引入风,通过空气射流诱导吸力驱动的气流(红色),背景是涡轮机发电机发电。

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这个故事最初出现在科学的美国人并在这里重新发布作为覆盖气候的一部分,全球新闻协商加强气候故事的覆盖范围。

太阳能电池板栖息在房屋屋顶和其他建筑物上是美国越来越常见的景象,但屋顶风系统从未被捕获过。过去努力缩小到高耸的涡轮机,为可能坐在房屋上的东西产生风力,这已经困扰着太多的技术问题来使这些设备实用。然而,现在,新的设计可以通过利用相同的原则来规避这些问题,这些原则为飞机翅膀创造了升力。

总体而言,可再生资源产生的电力在美国生长在美国。近年来,风力发电是这一趋势的主要司机。它占美国可再生能源的超过40%(虽然只有7%的电力生产)。

与太阳能电池不同,该太阳能电池仅限于在白天收集能量,风力涡轮机可以在任何地方的任何地方都在任何地方运行 - 即在开放的平原或温柔的山丘中,具有始终如一的风速。但除了那些要求外,大型涡轮机还需要开放空间,这并不总是在城镇和庞大的城市附近提供。在房屋和城市建筑物上安装屋顶风系统可以帮助利用更多这些资源。

谈到风力电源时,大小很重要。单个涡轮机可以产生的能量量与其叶片扫描的区域成比例 - 所以足够小以适合屋顶的装置不太强大。

“将桑德纳国家实验室的机械工程师布伦特·赫克斯说:”众多系统都是成功的,从而取得了什么成功的是,大多数系统都是小型风力涡轮机。“

较小的设备不会产生足够的能量以具有成本效益。此外,他们的快速纺纱刀片会产生嘈杂的振动,并且它们的许多移动部件更容易破损。与无源屋顶太阳能电池板相比,风力涡轮机有可能具有相当高的维护。

Houchens和他的同事认为,他们通过从航空飞行的基本原则借贷来设计了一种克服了这些障碍的解决方案。飞机翼的弯曲形状 - 称为翼型 - 改变其两侧的气压并最终产生升力。

Houchens的同事Carsten Westergaard, Westergaard Solutions的总裁和德克萨斯理工大学的机械工程师,说他把两个翼型连接在一起,这样“从一个翼型的流动将放大另一个翼型,他们变得更强大。”定向像两个飞机机翼直立地站在他们的一侧,对机翼直接面对风。当风通过时,箔片之间形成低压,并通过部分中空的身体上的缝隙将空气吸入。空气的流动带动一个装在管子里的小涡轮机发电。

这种被研究人员称为AeroMINE的设备,可以从比其涡轮叶片本身更大的区域吸收风能。
Thanks to this design, the device — which the researchers call an AeroMINE ("MINE" stands for Motionless, Integrated Extraction) — can pull wind energy from a larger area (essentially, the AeroMINE’s rectangular face) than its turbine blades could on their own in a traditional setup. Houchens likens such standard turbines to cookie cutters that leave wasted dough behind. The new device makes use of all the available wind, allowing it to extract more energy.

航空管也不会产生与常规涡轮机相同的振动和噪音;Westergaard说,它们“比通风粉丝少嘈杂”。其设计的相对简单性意味着较少的运动部件发生故障。如果需要维修,容纳在建筑物内部的涡轮机更容易访问。这种安排还保持刀片与人或野生动物的任何接触。该团队正在设计该系统,使其可以与屋顶太阳能电池板结合使用,插入现有的基础设施以收获它们产生的能量。

普渡大学(Purdue University)的机械工程师卢西亚诺•卡斯蒂略(Luciano Castillo)表示,对于风力条件良好的地区,“我确实认为这项技术具有开创性”。卡斯蒂略没有参与该项目,但过去曾与韦斯特加德合作。

他还认为AeroMINEs的简便性使其成为发展中国家的一个很好的选择,因为这种新设备不需要专门的部件或工具,而且相对容易修理。Castillo和Westergaard都看到了利用水下设计来利用潮汐能的潜力。

Carnegie Mellon电力行业中心的联合主任,也没有参与该项目的联合主任同意,设计的简单性很有吸引力。但他不确定系统是否可以扩大规模以在真实的环境中以足够低的成本有效地产生能量。Houchens说,拥有合适的风力条件,他和他的同事认为航空有竞争力的屋顶太阳能的当前成本。

该团队得到了桑迪亚和能源部的资助,已经在风洞中测试了按比例缩小的模型,以调整设计。今年6月,研究人员计划在德克萨斯理工大学国家风能研究所(National Wind Institute)下属的Scaled Wind Farm Technology (SWiFT)设施的一幢单层模拟建筑上测试13.1英尺高的该设备。

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