Вопрос снижения шума при работе ветроустановок (ВЭУ) важен как при строительстве новых ветропарков, так и при их реконструкции. Именно требования к уровню допустимого шума зачастую приводят к увеличению расстояния от ВЭУ до жилых зданий, а также к ограничениям в работе ветропарков в ночное время. Снижение шумовой эмиссии на 1, 2 или 3 децибела позволяет предусматривать на 25 %, 58 % и 100 % большее количество ВЭУ при проектировании конкретного ветропарка, что особенно важно в случае реконструкции.
Ученые из немецкого Центра воздухоплавания и астронавтики (Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Брауншвейг) совместно с партнерами исследуют возможности для улучшения аэродинамических свойств лопастей ВЭУ в рамках проекта BELARWEA (Blattspitzen für Effiziente und Lärarmere Rotoren von WEA). Цель проекта – снижение шума без ухудшения мощностных характеристик.
Гондолы современных ветроустановок обладают настолько совершенной шумоизоляцией, что основным источником шума при работе ВЭУ становятся лопасти ротора, особенно их задняя кромка. При этом длина лопастей постоянно увеличивается, вследствие чего их исследования на тестовых стендах становятся все более дорогостоящими. Поэтому важной задачей является разработка и внедрение симуляционных методов, позволяющих оценивать характеристики лопастей.
Аэроакустическая оптимизация лопастей ВЭУ – ключевая задача. Наряду с эмпирическими методами 2D-моделирования развитие получают современные 3D-подходы, разрабатываемые, например, в рамках проекта BELARWEA.
Первая фаза проекта включает проектирование геометрии лопасти с применением расчетного аэроакустического моделирования, используемого в аэрокосмической отрасли. После проведения расчетов лучший вариант подвергается обширной программе тестирования в аэродинамической трубе с учетом различных пассивных мероприятий по уменьшению шума. Приоритетной является задача по сопоставлению результатов 2D- и 3D-моделирования. После этого осуществляется выбор наиболее оптимального мероприятия для применения при изготовлении лопастей.
Результаты тестов в лабораторных условиях демонстрируют теоретически достижимый диапазон снижения шума от 3 до 10 дБ. Обширная программа аэродинамических и акустических измерений позволила также сформировать уникальную базу данных в широком диапазоне скоростей ветра. В дальнейшем программы 3D-моделирования будут использоваться уже на предпроектной стадии.
На второй фазе проекта BELARWEA исследователи из Брауншвейга совместно с производителями ВЭУ планируют внедрять мероприятия по модернизации лопастей. Для наиболее распространенных в настоящее время установок мощностью 3 МВт снижение шума должно составить 3 дБ.
Ученые из Института аэродинамики и газодинамики (Institut für Aerodynamik und Gasdynamik) Штутгартского университета исследуют активные мероприятия по снижению шумовой эмиссии ВЭУ.
В рамках проектов ActiQuiet и ActiQuieter проверяется активное, поверхностное всасывание граничного слоя на лопасти ротора, осуществляемое при помощи одного или нескольких интегрированных в ротор всасывающих насосов. Это позволяет создать оптимальные условия обтекания лопасти потоками воздуха.
После исследовательского этапа планируется проверка данного метода на ветроустановках серийного производства. По расчетам ученых, снижение шума составит 5 дБ, а увеличение выработки ВЭУ превысит энергозатраты, необходимые для привода всасывающих насосов.
В целом, по мнению отраслевых специалистов, пассивные и активные мероприятия по снижению шума при работе ВЭУ позволят оптимизировать функционирование установок.
К. т. н. Александр МОГИЛЕНКО