Absolventka leteckého inženýrství dokázala vyřešit rovnici pro větrné turbíny starou 100 let, což vedlo k výraznému zlepšení výkonu větrných turbín.
Tento převratný objev má potenciál změnit budoucí vývoj v oblasti obnovitelných zdrojů energie. V tomto článku se podrobně zabýváme aspekty, které stojí za tímto pozoruhodným úspěchem, a jeho dalekosáhlými důsledky.
Klasický model návrhu větrné turbíny vyvinutý Hermannem Glauertem se po téměř sto letech používání dočkal své nejdokonalejší verze od Divyi Tyagi. Již v roce 1926 Glauert představil svou rovnici, která využívala „koeficient maximálního výkonu“ jako měřítko účinnosti větrné turbíny při přeměně větrné energie na elektrickou. Matematická rovnice však nezahrnovala významné prvky, jako je tah po větru a kořenové ohybové momenty.
Indian student Divya Tyagi at Penn State University has cracked a 100-year-old math problem, which will enable higher efficiency in wind turbines. pic.twitter.com/BYWSvVq11G
Související článek
— Frontalforce
(@FrontalForce) March 19, 2025
Publikace studentky Tyagi v časopise Wind Energy Science rozšiřuje původní Glauertovu rovnici o tyto síly, čímž umožňuje lépe pochopit namáhání lopatek. Vylepšený model dosahuje vyšší přesnosti a zároveň zjednodušuje problém, což by mohlo významně zvýšit výkonnost větrných turbín. Jako studentka magisterského studia se Tyagi věnovala studiu výpočetní dynamiky tekutin prostřednictvím analýzy proudění vzduchu v rotoru vrtulníku s využitím pokročilých simulačních modelů.
Snaha uspokojit veškeré energetické potřeby komunity
Zdokonalený model vyvinutý studentkou Tyagi nabízí zásadní praktické výhody pro vývoj systémů větrných turbín. Metoda umožňuje inženýrům maximalizovat výkonnost rotorových lopatek pomocí úprav tvaru, natočení a úhlu, a tím optimalizovat energetický výkon turbíny. I nepatrné zvýšení koeficientu výkonu, které činí pouhé 1 %, může významně ovlivnit výrobu energie.
Tento objev by mohl vést k vývoji větrných turbín se zvýšeným výkonem, které by umožnily zásobovat energií celé obce. Námořnictvo USA podporuje tento výzkum, aby pochopilo, jak vzdušné proudění z lodí mění mechanické chování rotorů před přistáním vrtulníků na palubě. Vytvořením přesných analytických integrálů pro koeficienty tahu a ohybového momentu Tyagi práce zásadním způsobem přispěla k pochopení zásahu do větrných turbín.
„Od vysokoškolské práce k průlomu ve větrné energetice.“ Během svého působení na Schreyer Honors College na Penn State sestavila Tyagi svou bakalářskou práci. Pod vedením profesora Svena Schmitze věnovala svému výzkumu 10 až 15 hodin týdně, což vyústilo v tento převratný objev. Za svou diplomovou práci v oblasti leteckého a kosmického inženýrství získala cenu Anthonyho E. Wolka za nejlepší diplomovou práci v oblasti leteckého a kosmického inženýrství.
Průlomový úspěch by mohl změnit budoucnost větrné energie
Svět si ještě plně neuvědomil dopad práce Tyagiové na celosvětovou výrobu větrné energie, ale význam jejího úspěchu nelze přeceňovat. Díky své pozoruhodné vytrvalosti Tyagi ukázala, jak může akademický výzkum vést k praktickým inovacím, které změní svět. Výsledky jejího výzkumu mají potenciál učinit budoucí vývoj větrných turbín ekonomičtějším a podpořit tak udržitelná energetická řešení, která uspokojí rostoucí poptávku po obnovitelné energii.
Zdokonalený model vyvinutý Tyagiovou bude začleněn do připravovaných leteckých programů a bude řídit vývoj technologie větrných turbín prostřednictvím budoucích výzkumných laboratoří. „Hlavní dopad bude směřovat k navrhování lepších větrných turbín pro příští generace,“ jak poznamenal profesor Schmitz s tím, že tuto možnost vytvořily nové objevy. Tento objev otevírá cestu jak ke zlepšení účinnosti turbín, tak k novým inovacím v oblasti obnovitelných zdrojů energie.