一种他们在2010年的第一个星期二，John Dabiri，加州理工学院航空航天教授John Dabiri（John Dabiri）开车1怀特西(Robert Whittlesey)和他当时的学生罗伯特·惠特尔西(Robert Whittlesey)正在考察一块偏远的土地，他们希望购买这块土地来测试风能的新概念。他们将他们的站点命名为FLOWE，即优化风能领域实验室。这片位于加州羚羊谷(Antelope Valley)的四英亩土地，位于被干枯植被覆盖的平缓小丘之间，曾经注定要成为一个购物中心，但这些计划都落空了。土地很便宜。更重要的是，当时风很大。
据估计，地球上的风能约为250万亿瓦，有潜力提供我们目前全球能源消耗的20倍以上。然而，只有四个国家——西班牙、葡萄牙、爱尔兰和丹麦——通过这种方式产生超过10%的电力。美国是世界上最大、最富有、风力最大的国家之一，大约占4%。这是有原因的。风力发电场的扩张带来了巨大的工程成本、难看的乡村、巨大的噪音、军用雷达的干扰，以及野生动物的死亡。最近的估计认为，涡轮机杀死了60万只蝙蝠1最多440,000只鸟2一年。2014年6月19日，美国鸟类保护协会提起了诉讼3.针对联邦政府要求它限制风电场对DWWindling Eagle人口的影响。4.虽然独立的水平轴涡轮机收获风能良好，但在一个群体中，它们非常突出。作为其螺旋桨式叶片旋转，涡轮机面向风吹过自由流动的空气，从而产生缓慢移动，不孕的空气。
在海上风电场中可以观察到空气动力学干扰的问题，尾部的冷凝，湍流的空气尾随，落后的涡轮机，如风中所捕获的面纱;一个面纱，扼杀它到达的涡轮机。“由于风力涡轮机的整个工作是从风中提取能量，这种较慢的风最终能够提取和产生功率的可用能量，”Whittlesey解释说。在某些情况下，水平轴涡轮机的尺寸超过100米 - 规定他们需要远离彼此的间隔，留下巨大的空白，根本没有风。它类似于种植果园，苹果树距离彼此超过40米。
为了解决这个问题，许多研究人员研究了自然界的动植物群。一些涡轮叶片被设计成座头鲸的鼓鼓的鳍的模拟物，另一些叶片则以8字形的运动旋转，类似于大黄蜂的扇动翅膀。
Dabiri和他的同事尝试了一个不同的想法 - 他们使用了更小，更简单，更便宜的垂直轴风力涡轮机，其立场受到海外学校的鱼类的启发。
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一种据本科，Dabiri建模了水母的起伏运动。十年后，他参与了由弹性硅树脂和大鼠的心脏细胞制成的宿骨 - 一种合成水母 - 当施加脉动电场时就像活果冻一样游泳。5.在那段时间里，Dabiri也对另一个非正统组合的组合感到着迷：教育鱼和风力。
形成大型同步组对鱼类的优点，包括捕食者避免，增强的觅食成功，并获得配合。它还产生了大量的湍流水。随着鱼从一侧拍下尾巴，它会产生循环涡流的尾迹，追随者必须游泳。但是，通过让自己的方式安排，即每个尾随鱼在前面的两种消费者之间游泳，学校里的鱼类都使用这些旋流来推动自己。“[这些漩涡]转弯的方式实际降低了鱼类必须投入自己的能量量，”惠特拉西说。它就像在每条鱼旁边的一系列水下轮子，这些鱼可以补充自己的推进。6.
这些模式有Dabiri和Whittlessy思维：如果鱼类可以从其邻居产生的涡流中受益，他们的垂直轴风力涡轮机可以这样做吗？为了估计这些生物启发阵列可以产生的电力量，它们使用计算机模型。“我们所做的是，在同一位置的垂直轴风力涡轮机[和旋转]，我们会看到漩涡在游泳时从鱼中脱落，”惠特拉西说。但是在这种模式中，与独立涡轮机相比，它们的涡轮机没有增加生产率。Whittlesey说他们并没有太惊讶。“鱼的重点是使用其他人的醒来节约能源，而不是最大化电力生产。”因此，他们在严格安排的教育鱼的严格安排之外移动了风力涡轮机，但是旋转的配对涡轮机在相反的方向上旋转 - 思考上翘的电蛋糕 - 而且由此产生的计算机模型看起来很有希望。他们决定在他们的Flowe网站上测试他们的反旋转，双层配置。
使用以各种不同配置排列的18个涡轮机阵列，它们分配数千小时的数据。他们发现Eggbeaper对的安排确实是最有生产力，能够产生20-30瓦的电力每平方米的土地。这是一个十倍增加了一些最富有成效的现代风电场。7.“有一件事要增加几件百分点，”Whittlessy说。“但我们正在谈论幅度 - 这很大。”
达比利和惠特尔西并不清楚为什么紧密排列的涡轮机效率最高，但他们有几个可行的理论。首先，在这种双重结构中，由一个旋转的涡轮机产生的空气流动提高了它的伙伴的速度，反之亦然。“它们有点像齿轮;你可以想象，一个顺时针旋转，另一个逆时针旋转，它们可以相互受益，”惠特尔西说。第二种理论是，这些涡轮机后面的慢风尾迹大大减少了。“尾流不像水平轴风力涡轮机那样持久。”
因此，在这些系统中更容易获得自由流动的空气，其允许涡轮机对更紧密地填充，而仅与用于水平轴风力涡轮机的15直径相比，仅四个直径相比。使用较少的空间，这些紧密阵列利用了流过的较大比例的风。
该团队还在阿拉斯加省Igiugig村的两个垂直轴风力涡轮机测试。由戈登和贝蒂摩尔基金会资助的，这个新生的项目旨在安装50到70个小，视觉上不起眼的涡轮机，为整个村庄提供动力。目前，阿拉斯加布里斯托湾这个偏远地区的50个左右居民完全取决于柴油的昂贵和艰苦的运输，为他们的电力发电机。“这使风[力量]真的很有吸引力，因为只有资本成本和维护，”惠特拉塞耶说，“但至少燃料是自由的。”
Dabiri和他的同事也希望通过转向海洋的另一个德尼斯：海草来看，进一步优化他们的阵列。海草床使用水的垂直循环，将氧气和营养物运送到组织中。他们的不同高度的茎被认为增加了这种流通。因此，团队将使用不同高度的涡轮机来调查它们如何更好地利用来自农场冠层的风。
使用这些测试地点作为踩踏石头，生物工程师希望，不仅仅是使风力更加经济上可行，而是解决一些带来风电下的缺点的缺点。由于其尺寸小，垂直轴涡轮机需要更少的建筑材料，更安静，并且不会干扰雷达信号。也许更重要的是，他们不需要大量的土地，不会干扰濒危鸟类，如秃头和金色的老鹰。“当垂直轴风力涡轮机旋转时，它看起来像一个固体物体，使野生动物更容易避开它们，”Whittlesey解释道。“就我所知，与这些涡轮机相关的鸟类或蝙蝠死亡......在加利福尼亚州，我们喜欢我们的鸟。”
Alex Riley是一家自由职业者科学和自然作家，其工作已经出现在永世，新星下，哈凯杂志，新科学家，和BBC。他住在伦敦。
参考文献
1.大量蝙蝠在美国风能设施中死亡。生物科学63.，975-979（2013）。
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3. Deborah Shearwater，Steven A. Thal，Michael Dee，Carolyn Ctockett，Robert M. Ferris博士和美国鸟类保护诉丹阿什，导演，美国鱼类和野生动物服务;莎莉jewell，美国秘书，内政部，案例第5：14-CV-02830（2014）.
4. Johns，r.美国鸟类保护起诉Feds超过30年的老鹰杀死规则。美国鸟类保守www.abcbirds.org.（2014）.
5. Nawroth，J.C.，等等。具有仿生推进的组织工程水母。自然生物技术30.，792-797（2012）。
6.Whittlesey, r.w.， Liska, S.， & Dabiri, J.O.作为垂直轴风力涡轮机农场设计的基础。生物灌进和生物体5.（2010）。从DOI检索：10.1088 / 1748-3182 / 5/3/035005。
7. Dabiri，J.O.通过反向旋转垂直轴风力涡轮机阵列进行风电场功率密度的潜在倍数增强。可再生与可持续能源杂志3.（2011）。从DOI检索：10.1063 / 1.3608170。
本文最初发表于2014年7月的“湍流”问题。
