宾夕法尼亚大学研究生解决了百年风能问题，有助于显著提高涡轮机的能量输出 对于美国风能来说，这是一个动荡的时期。由于唐纳德·特朗普对风力涡轮机的个人恩怨，该行业在美国几乎处于瘫痪状态。由于通货膨胀、高利率和供应链问题，海上风电行业正面临灾难性的延误和成本飙升。 但风力产业也并非一片黯淡——宾夕法尼亚州立大学一名工程系研究生在数学上的突破，可能为新一代更高效的风力涡轮机铺平了道路。令人惊讶的是，Divya Tyagi在她施赖尔荣誉学院的本科论文中改进了一个决定风力涡轮机最佳空气动力学性能的百年数学问题。 Tech Xplore上周报道称：“Tyagi的工作扩展了空气动力学的研究，为风力涡轮机设计开辟了新的可能性，这是英国空气动力学家、论文的原作者赫尔曼·格劳埃特（Hermann Glauert）没有想到的。” Tyagi现在是攻读航空航天工程硕士学位的研究生，她说：“我创造了一个对格劳艾特问题的补充，通过解决涡轮机的理想流动条件来确定风力涡轮机的最佳空气动力学性能，以最大限度地提高其功率输出。” 格劳艾特的问题，发表于1935年，提供了一个数学公式，通过“考虑叶片设计的影响”来确定叶片元素的动量。形状、截面、捻度等。叶片单元理论将转子建模为一组孤立的二维叶片单元，然后我们可以单独应用二维空气动力学理论，进行集成以找到推力和扭矩。” 但Tyagi发现，还有一些额外的关键因素是格劳艾特没有考虑到的。也就是说，他没有考虑到影响转子运动的总力和力矩系数，或者涡轮叶片在风中弯曲的方式。 Tyagi的顾问斯文·施密茨在接受Tech Xplore采访时表示：“如果你张开双臂，有人按压你的手掌，你必须抵制这种运动。” “我们称之为顺风推力和根部弯矩，风力涡轮机也必须承受这些。你需要了解总负载有多大，这是格劳艾特没有做到的。” 格劳艾特的问题并不是当前风力发电行业和最佳风力涡轮机设计之间的唯一数学方程式。事实上，千禧年奖目前正悬赏100万美元，奖励能够解出19世纪首次提出的纳维-斯托克斯方程的人。尚未解决的流体动力学数学模型将使我们能够可靠地预测气流、微风和湍流如何相互作用，从而彻底改变依赖于大气的技术，如风力发电。 通过数学模型更好地理解风和天气的复杂性，我们就能更好地设计风力涡轮机和风力发电场，以获得更高效、更便宜的风能。但该行业目前使用的模型缺乏准确捕捉所有这些现实世界元素所需的复杂性。2022年的一项研究将更复杂的大气条件（如高海拔地区的风力减弱）应用到他们的模型中，而不是通常使用的更简单的模型，研究人员发现，一些涡轮机的输出功率下降了30%之多。 提高风能技术的效率将是实现全球气候目标的关键一步。全球公认的2050年净零排放方案要求到2030年全球风力发电量达到7900太瓦时。根据国际能源署（IEA）的数据，这将需要全球平均每年增加近250吉瓦的风电装机容量。 Tyagi表示，她的突破是朝着正确方向迈出的一步。她说：“将大型风力涡轮机的功率系数提高1%，就会对涡轮机的发电量产生重大影响，并转化为我们推导出的其他系数。” “功率系数提高1%可以显著提高涡轮机的能量输出，可能为整个社区供电。”
