(Фото: Дон Сниговский / Flickr)
Исследования показывают, что наведение турбин на небольшое расстояние от встречного ветра - так называемое рулевое управление - может уменьшить эти помехи и улучшить как количество, так и качество энергии от ветряных электростанций.
Изменения, вероятно, также снизят эксплуатационные расходы.
Одиночные ветряные турбины производят наибольшую мощность при наведении прямо на ветер. Но когда на ветряных электростанциях ветряные турбины сталкиваются с ветром, следы от вышестоящих генераторов могут создавать помехи тем, кто находится ниже по течению. Подобно катеру, замедленному неспокойной водой из передней лодки, след от ветряной турбины уменьшает мощность тех, кто стоит за ней.
«Чтобы достичь глобальных целей в области производства возобновляемой энергии, нам нужно найти способы генерировать гораздо больше энергии из существующих ветряных электростанций», - говорит старший автор Джон Дабири, профессор гражданского и экологического машиностроения и машиностроения в Стэнфордском университете. «Традиционный акцент был сделан на производительности отдельных турбин в ветропарке, но вместо этого нам нужно начать думать о ферме в целом, а не только о сумме ее частей».
Турбинные следы могут снизить эффективность генераторов по ветру более чем на 40 процентов. Ранее исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы показать, что смещение турбин от преобладающих ветров может увеличить производство турбин ниже по течению. Однако проблемы с поиском ветровой электростанции, желающей прекратить нормальную работу для эксперимента, и с расчетом наилучших углов для турбины затрудняли показ этого на реальной ветровой ферме - до сих пор.
Во-первых, исследователи разработали более быстрый способ расчета оптимальных углов смещения для турбин, который они описывают в Труды Национальной академии наук.
Затем они проверили свои расчеты на ветровой электростанции в Альберте, Канада, в сотрудничестве с оператором TransAlta Renewables. Общая выходная мощность фермы увеличилась до 47 процентов при низких скоростях ветра - в зависимости от угла наклона турбин - и с 7 до 13 процентов при средних скоростях ветра. Рулевое управление также уменьшило приливы и отливы, которые обычно являются проблемой ветра.
«Благодаря рулевому управлению, передняя турбина вырабатывает меньше энергии, чем мы ожидали», - говорит ведущий автор Майкл Хаулэнд, аспирант-механик. «Но мы обнаружили, что из-за уменьшения эффекта следа турбины ниже по потоку генерируют значительно больше энергии».
Улучшение ветровых электростанций
Переменный выход ветряных электростанций усложняет управление сетью двумя важными способами.
Одним из них является необходимость в резервных источниках питания, таких как электростанции, работающие на природном газе, и большие дорогие батареи. В этом исследовании улучшение мощности при низких скоростях ветра было особенно значительным, потому что турбины обычно перестают вращаться ниже минимальной скорости, полностью сокращая производство и вынуждая управляющих сетью полагаться на резервное питание. Исследователи обнаружили, что при слабом ветре рулевое управление сокращает время падения скорости ниже этого минимума. Примечательно, что самые большие выгоды были получены ночью, когда энергия ветра, как правило, является наиболее ценной в качестве дополнения к солнечной энергии.
Другая проблема заключается в том, чтобы точно соответствовать количеству электроэнергии, поставляемой и используемой в регионе, для обеспечения надежности сети. Турбулентность воздуха от следов может приводить к неустойчивой работе ветряной электростанции каждую минуту - период времени, слишком короткий для запуска газогенератора. Это делает сопоставление спроса и предложения более сложным для системных операторов в очень короткий срок. У них есть инструменты для этого, но инструменты могут быть дорогими. В этом исследовании рулевое управление уменьшило кратковременную изменчивость выработки электроэнергии до 72 процентов.
Кроме того, снижение изменчивости может помочь владельцам ветропарков снизить эксплуатационные расходы. Турбулентность в следах может деформировать лопасти турбины и повысить стоимость ремонта. Хотя эксперимент не продлился достаточно долго, чтобы доказать, что рулевое управление снижает скорость усталости турбины, исследователи предполагают, что это произойдет.
«Первый вопрос, который задают нам многие операторы, заключается в том, как это повлияет на долговечность конструкции их турбин», - говорит Дабири. «Мы работаем над точным определением точных эффектов, но до сих пор мы видели, что вы можете уменьшить механическую усталость с помощью рулевого управления».
Правильный угол
Чтобы рассчитать лучшие углы смещения для этого исследования, исследователи разработали новую модель, основанную на исторических данных с ветропарка.
«Проектирование ветровых электростанций, как правило, является очень сложной задачей, требующей больших объемов данных и вычислительных ресурсов», - говорит Санджива Леле, профессор аэронавтики, космонавтики и машиностроения. «Вместо этого мы создали упрощенные математические представления, которые не только работали, но и уменьшали вычислительную нагрузку как минимум на два порядка».
Это более быстрое вычисление может помочь операторам ветряных электростанций широко использовать рулевое управление.
Материалы по теме
«Наша модель по сути« подключи и работай », потому что она может использовать специфичные для сайта данные о производительности ветропарка, - говорит Хоулэнд. «Различные места расположения ферм смогут использовать модель и постоянно регулировать углы своих турбин в зависимости от условий ветра».
Хотя исследователи не смогли измерить изменение годовой выработки электроэнергии из-за ограниченной продолжительности 10-дня этого полевого испытания, следующим шагом, говорит Дабири, является проведение полевых испытаний в течение всего года.
«Если мы сможем достичь точки, в которой мы сможем развернуть эту стратегию в больших масштабах в течение длительных периодов времени, мы потенциально можем оптимизировать аэродинамику, производство энергии и даже землепользование для ветряных электростанций повсюду», - говорит Дабири.
Поддержку исследованию оказали Национальный научный фонд, Стэнфордская аспирантура и Стэнфордский центр устойчивой энергетики TomKat. Исследователи провели полевые испытания в сотрудничестве с TransAlta Corp.
источник: Стэнфордский университет
Книги по этой теме
Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления
Пол Хокен и Том Стейер
Перед лицом широко распространенного страха и апатии международная коалиция исследователей, специалистов и ученых объединилась, чтобы предложить ряд реалистичных и смелых решений проблемы изменения климата. Здесь описаны сто методов и практик, некоторые из них хорошо известны; некоторые, о которых вы, возможно, никогда не слышали. Они варьируются от чистой энергии до обучения девочек в странах с низким уровнем дохода и практики землепользования, которая выбрасывает углерод из воздуха. Решения существуют, являются экономически жизнеспособными, и сообщества во всем мире в настоящее время принимают их с умением и решительностью. Доступно на Amazon
Проектирование климатических решений: руководство по политике для низкоуглеродной энергетики
Хэл Харви, Робби Орвис, Джеффри Риссман
Поскольку последствия изменения климата уже сказываются на нас, необходимость сокращения глобальных выбросов парниковых газов является не менее чем насущной. Это непростая задача, но технологии и стратегии для ее решения существуют сегодня. Небольшой набор энергетических политик, хорошо продуманных и реализованных, может направить нас на путь к низкоуглеродному будущему. Энергетические системы большие и сложные, поэтому энергетическая политика должна быть целенаправленной и рентабельной. Универсальные подходы просто не помогут. Директивным органам нужен четкий и всеобъемлющий ресурс, в котором излагается энергетическая политика, которая окажет наибольшее влияние на наше климатическое будущее, и описывается, как ее правильно разрабатывать. Доступно на Amazon
Это меняет все: Капитализм против Климатологической
Наоми Кляйн
In Это изменяет все Наоми Кляйн утверждает, что изменение климата - это не просто еще одна проблема, которую нужно аккуратно поставить между налогами и здравоохранением. Это тревога, которая призывает нас к налаживанию экономической системы, которая уже во многих отношениях подводит нас. Кляйн тщательно выверяет аргументы в пользу того, что массовое сокращение выбросов парниковых газов - это наш лучший шанс одновременно сократить неравенство, изменить наши разрушенные демократии и восстановить разрушенную местную экономику. Она разоблачает идеологическое отчаяние отрицателей изменения климата, мессианские заблуждения потенциальных геоинженеров и трагический пораженчество слишком многих основных зеленых инициатив. И она наглядно демонстрирует, почему рынок не смог - и не может - исправить климатический кризис, а вместо этого усугубит ситуацию, применяя все более экстремальные и экологически разрушительные методы добычи, сопровождаемые безудержным капитализмом бедствий. Доступно на Amazon
От издателя:
Покупки на Amazon идут, чтобы покрыть стоимость привлечения вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, и ClimateImpactNews.com бесплатно и без рекламодателей, которые отслеживают ваши привычки просмотра. Даже если вы нажмете на ссылку, но не купите эти выбранные продукты, все остальное, что вы купите в этом же посещении Amazon, платит нам небольшую комиссию. Никаких дополнительных затрат для вас нет, поэтому, пожалуйста, внесите свой вклад. Вы также можете пройдите по этой ссылке использовать в Amazon в любое время, чтобы вы могли помочь поддержать наши усилия.
