格拉斯哥大学的工程师们利用复杂的计算机模拟无叶片风力涡轮机 (BWT)，首次确定了未来该技术如何实现效率最大化。

 

这些发现或将帮助可再生能源行业将尚处于早期研发阶段的 BWT 从小规模的现场试验转化为国家电网的实际发电形式。

 

与将空气推动的叶片动能转化为电能的传统风力涡轮机不同，BWT 通过一种名为涡激振动的过程发电。

 

呈细长的圆柱形结构，在风中摇曳，如同恶劣天气下的路灯柱。当风吹向它们时，BWT 会产生涡流——交替的空气旋涡，使整个结构来回摇晃。当摇摆频率与结构的自然振动趋势相匹配时，运动会被显著放大，而增加的运动就会转化为电能。在《可再生能源》

 

BWT杂志上发表的一篇新论文中，研究小组展示了他们如何使用计算机建模技术来模拟数千种 BWT 设计变体的性能。这些结果为了解桅杆尺寸、功率输出和结构安全性在每小时 20 至 70 英里的风速下的相互作用提供了宝贵的新见解。他们的主要发现是，BWT 存在一个最佳设计，可以创造一个“最佳点”，使发电量与结构强度达到最大化。理想的设计是在发电量和坚固性之间取得微妙的平衡，桅杆直径为 80 厘米，直径为 65 厘米。研究小组发现，这种设计可以安全地输出最大 460 瓦的功率，远远超过迄今为止建造的性能最好的真实原型的最佳性能，它们的最大输出功率为 100 瓦。他们的模型也揭示了其他设计方案的局限性，这些设计方案或许能够产生更大的功率。论文中，他们展示了不同设计的BWT理论上可以产生高达600瓦的功率，但代价是结构完整性受损——在实际条件下，它们很快就会失效。该团队表示，他们的方法可以为将BWT扩展到发电量达到1千瓦及以上的公用事业级系统奠定基础，使其更适合可再生能源供应商的使用。

 

格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的Wrik Mallik博士是该论文的通讯作者之一。他表示：“这项研究首次表明，与直觉相反，能量提取效率最高的结构实际上并非功率输出最高的结构。相反，我们找到了设计变量之间的理想中点，以最大限度地提高BWT的发电能力，同时保持其结构强度。

 

未来，BWT可以在城市环境中的风力发电中发挥宝贵的作用，而传统风力涡轮机在城市环境中的应用将有所减弱。BWT比风力涡轮机更安静，占用空间更小，对野生动物的威胁更小，并且活动部件更少，因此它们需要的定期维护也更少。”

 

詹姆斯·瓦特工程学院的Sondipon Adhikari教授也是该论文的通讯作者。他表示：“我们希望这项研究能够通过清晰地展示最高效的设计，帮助推动行业开发新的BWT设计原型。”消除原型设计过程中的一些猜测，有助于使无叶片风力涡轮机 (BWT) 更接近成为全球通过可再生能源实现净零排放工具箱中更有用的组成部分。

 

“我们计划继续完善对 BWT 设计的理解，以及如何扩展该技术，使其能够为各种应用提供电力。我们也热衷于探索超材料（经过特殊设计，经过精细调整，赋予其自然界中不存在的特性）如何在未来几年提升 BWT 的效率。”

 

詹姆斯·瓦特工程学院硕士生 Janis Breen 也为该论文做出了贡献。该团队的论文题为“使用尾流振荡器模型对无叶片风力涡轮机进行性能分析和几何优化”，发表在《可再生能源》杂志上。