Ученые БФУ им. И. Канта смоделировали работу ветрогенератора во время шторма на Балтийском море

Ученые БФУ им. И. Канта провели математическое моделирование динамики ветрогенератора, установленного на побережье Балтийского моря в Калининградской области. Для этого на базе высокоточной модели турбины устройства на платформе OpenFAST и высокоточной карты ветроэнергетического потенциала региона была выполнена серия экспериментов. Специалисты смогли смоделировать различные режимы работы ветрогенератора: при штиле, умеренном ветре и в сильный шторм.

Для исследования была выбрана эталонная модель ветрогенератора, который имеет ротор диаметром 126 метров на монолитной опоре высотой 90 метров, установленной на морском мелководье. Схожие ветрогенераторы активно устанавливаются в шельфовых ветропарках в акватории Балтийского и Северного моря и обеспечивают генерацию порядка 5 МВт электрической мощности каждый.

Моделирование наглядно продемонстрировало, как меняется скорость движения ротора ветрогенератора и нагрузка на его элементы по мере роста скорости ветра. Были получены наглядные трёхмерные анимации динамики ветрогенератора на различных режимах за минутный период, а также графики изменения механических параметров установки за это же время. На анимации хорошо видно, как под действием более сильного ветра ротор генератора начинает вращаться быстрее, лопасти изгибаются, а по морю бегут высокие волны,

рассказал младший научный сотрудник лаборатории астрофизики БФУ им. И. Канта Алексей Байгашов.

Графики изменения динамических параметров генератора подтверждают резкий рост нагрузки на конструкцию ветрогенератора, что может привести к риску ее механического повреждения. Если при штиле и умеренном ветре динамические параметры генератора меняются плавно и медленно, а нагрузка на его элементы не превосходит нормальную, то в шторм, как изгибающий момент в корне лопасти, так и давление на подшипники рыскания, испытывают резкие скачки, крайне опасные для конструкции.

Именно такие экстремальные режимы работы ветрогенератора требуют тщательного изучения еще на стадии эскизного проектирования, чтобы минимизировать риски, связанные с погодными условиями. Методы математического моделирования позволяют произвести анализ полностью в виртуальной среде, без необходимости тратить большие средства на натурные эксперименты в аэродинамических трубах или ждать подходящего шторма с экстремальными ветрами,

отметил ученый.

Выполненные численные эксперименты – лишь малая часть большого проекта «Разработка цифровой платформы оптимизации ветроэнергетической инфраструктуры с системой сервисной поддержки», который учёные БФУ им. И. Канта реализуют в рамках программы «Приоритет 2030». В дальнейшем коллектив проекта планирует создать цифровые двойники различных ветрогенераторов и поместить их в виртуальную среду, моделирующую рельеф и ветровые условия Калининградской области, с целью оценки потенциальной эффективности их размещения в регионе.