Du har säkert sett dem, kanske på långa resor:vindkraftverk med enorma, hypnotiska rullblad, utnyttja vindens rena kraft för omvandling till elektrisk energi. Vad du kanske inte vet är att för explosionen i antalet vindkraftverk som används när vi anammar renare energikällor, dessa vindkraftparker är kanske inte så produktiva som de kan vara.

"Vi har designat turbiner för användning själva, men vi använder dem nästan aldrig själva längre, "sade professor i mekanisk ingenjörsteknik vid UC Santa Barbara Paolo Luzzatto-Fegiz, vars specialitet ligger i vätskemekanik. Historiskt sett han sa, vindkraftverk användes individuellt eller i små grupper, men när världen går mot grönare energiteknik, de finns nu i grupper om hundratals eller tusentals.

Problemet med dessa stora installationer är att varje maskin, som har utformats för att utvinna så mycket energi som möjligt från mötande vind, kanske inte "leker bra" med de andra, Luzzatto-Fegiz förklarade. Beroende på hur turbinerna ligger i förhållande till varandra och till den rådande vinden, de som inte är direkt i vindens väg kan lämnas för att utvinna energi från kraftigt utarmat luftflöde.

"Dessa turbiner är nu mycket bra på att utvinna kraft från vind, men de bildar också dessa mycket stora vindskuggor, "sa Luzzatto-Fegiz, som är huvudförfattare till "Entrainment-modeller för fullt utvecklade vindkraftparker:Effekter av atmosfärisk stabilitet och en idealisk gräns för vindkraftverkets prestanda, "publicerad i American Physical Society -tidskriften Fysiska granskningsvätskor . I likhet med hur strukturer kan dämpa ljusflödet från en sida till en annan, Vindkraften minskar också när den flyter från turbinens framsida till baksidan. Resultatet är att inte alla vindkraftverk i en vindkraftpark lever upp till sin potential.

"Så, du kan se att det inte handlar om att packa fler turbiner på din mark, för att du någon gång träffar dessa minskande avkastningar, "sa han." Det finns en punkt där om du fortsätter att lägga till turbiner blir mängden kraft du får mindre. "

Dock, enligt Luzzatto-Fegiz och medförfattare Colm-cille P. Caulfield, professor vid University of Cambridge i Storbritannien, det finns sätt att komma runt denna fråga om minskande vindavkastning. Och, de sa, dessa förbättringar kan leda till förbättringar av storleksordningen i vindkraftparkernas energiproduktion.

Huvudmålet, enligt forskarna, är att ge alla turbiner tillgång till höghastighetsluftflöde, varifrån de kan utvinna en större mängd energi. Eftersom vinden ovanför gården är mycket snabbare än mellan turbinerna, att blanda luftflödet i turbinernas kölvatten med luften ovanför kan vara nyckeln till att få mer bang för ditt vindkraftsbock.

"Om du på något sätt kunde uppfinna en pryl som för var och en av dessa turbiner får dessa väckningar att blanda mycket snabbt, du kan eventuellt ha dessa enorma förbättringar, "Sa Luzzatto-Fegiz.

Ännu en potentiell lösning är en relativt ny version av vindkraftverket, i vilken bladen roterar på en vertikal axel - som äggslagarblad - i motsats till den traditionella horisontella axeln.

"Dessa fungerar inte lika bra i sig själva, men det är signifikant att de i huvudsak kan orsaka mycket starkare blandning i sina vakningar, " han sa, "och människor har visat att om du placerar dem i ett arrangemang där de snurrar i motsatta riktningar till varandra kan de orsaka mycket trevlig blandning."

De modeller som utvecklats av forskarna kan leda till vindkraftparker med bättre prestanda, som i vissa fall kanske inte kräver så många turbiner som tidigare trott, därmed minska de potentiella kostnaderna. Modellerna kan också resultera i anpassade lösningar som involverar gårdens specifika terräng, och lokala vädermönster.

"Vi är verkligen glada över att vi kan modellera allt det mycket exakt, "sa Luzzatto-Fegiz.