في ظل الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة، حققت تقنية التوربينات الريحية المصغرة تقدمًا كبيرًا. أثبتت دراسة بقيادة فريق تشانغ شوو لأول مرة أن التصميم التعاوني لتوربينات مزدوجة دوارة عكسيًا يمكن أن يزيد من خرج الطاقة للمعدات المصغرة بنسبة 37%، مقدمًا حلاً فعالًا لتزويد الطاقة في السيناريوهات خارج الشبكة. نُشرت النتائج في مجلة Journal of Renewable and Sustainable Energy.

ركزت الدراسة على توربينات مصغرة يقل قطرها عن 20 سنتيمترًا، وهي معدات صغيرة الحجم لكنها خيار مهم لتزويد الطاقة لأجهزة الاستشعار عن بُعد، وأجهزة إنترنت الأشياء، والأجهزة الإلكترونية المحمولة. تعاني التصاميم التقليدية من قيود الكفاءة الديناميكية الهوائية وتكاليف الإنتاج، مما يجعلها غير قادرة على تلبية احتياجات الطاقة الموزعة. استخدم فريق البحث تقنية قياس سرعة الجسيمات التصويرية ثلاثية الأبعاد لالتقاط الطاقة الحركية الدورانية غير المستغلة في أعقاب توربين واحد لأول مرة.

أظهرت التجارب أنه عند وضع توربين ثانٍ يدور عكسيًا بدقة على مسافة 12 ضعف نصف القطر خلف التوربين الأول، يمكنه التقاط الطاقة الدورانية في الأعقاب وتحويلها إلى طاقة كهربائية بكفاءة. حتى في ظروف التدفق المتقلب، أظهرت هذه التركيبة تفوقًا ملحوظًا مقارنة بالأنظمة ذات الدوران في نفس الاتجاه. يرجع ذلك إلى خصائص التشغيل الفريدة للتوربينات المصغرة ذات السرعة المنخفضة والعزم العالي، حيث يمكن لمعدات المصب المصممة خصيصًا الاستفادة الكاملة من تأثير "التواء" الرياح الناتج.

وأوضح فريق البحث: "هذا يشبه مبدأ الضغط متعدد المراحل في محركات الطائرات. من خلال تحسين المسافة بين التوربينات واتجاه الدوران، يمكن للنظام المصغر استغلال قوة دفع الرياح وقوتها الالتوائية بشكل متزامن، مما يحقق أقصى كفاءة للطاقة." أظهرت بيانات الاختبار أن النظام المزدوج المحسن يزيد من كفاءة التقاط الطاقة بنسبة تقارب 40% مقارنة بالمعدات الفردية، مع الحفاظ على الحجم المدمج.

يفتح هذا الإنجاز آفاقًا جديدة لتطبيقات الطاقة الموزعة. يمكن للنظام التوربيني المصغر المحسن أن يدعم بشكل مستقر إمدادات الطاقة للبنية التحتية للمجتمعات خارج الشبكة، ويوفر حلول شحن طويلة الأمد للطائرات بدون طيار والروبوتات الزراعية. وأكد فريق البحث أن ضبط المسافة بين التوربينات وطريقة ترتيبها يمكن أن يقلل من تكلفة توليد الطاقة لكل وحدة، مما يجعل إمدادات الطاقة في المناطق النائية أكثر جدوى اقتصاديًا.

مع تعمق الاستكشاف العالمي لتقنيات الطاقة المستدامة، تتحول التوربينات الريحية المصغرة من معدات تزويد طاقة مساعدة إلى حلول طاقة رئيسية. توفر دراسة فريق تشانغ شوو مخططًا نظريًا لتحسين المعدات، وتدفع تطبيقات أنظمة الطاقة الموزعة على نطاق واسع من خلال مسار تقني قابل للتكرار. وفقًا لتوقعات الصناعة، ستقلل هذه التقنية، عند نضوجها، بشكل كبير من تكاليف نشر الطاقة لأجهزة إنترنت الأشياء وشبكات مراقبة البيئة، مما يسرع من عملية التحول العالمي للطاقة النظيفة.