(Kredyt: Don Sniegowski / Flickr)
Jak wskazują badania, kierowanie turbin nieco dalej od nadchodzącego wiatru - zwane sterowaniem czuwania - może zmniejszyć tę interferencję i poprawić zarówno ilość, jak i jakość energii z farm wiatrowych.
Zmiana prawdopodobnie obniżyłaby również koszty operacyjne.
Samotne turbiny wiatrowe wytwarzają najwięcej energii, gdy są skierowane bezpośrednio na wiatr. Ale kiedy ciasno upakowane linie turbin są skierowane w stronę wiatru na farmach wiatrowych, budzenie się z generatorów powyżej może zakłócać te z prądem. Jak motorówka spowolniona przez wzburzoną wodę z łodzi z przodu, pobudka z turbiny wiatrowej zmniejsza moc tych, którzy za nią stoją.
„Aby osiągnąć globalne cele w zakresie wytwarzania energii odnawialnej, musimy znaleźć sposoby na generowanie znacznie większej ilości energii z istniejących farm wiatrowych”, mówi starszy autor John Dabiri, profesor inżynierii lądowej i środowiska oraz inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Stanforda. „Tradycyjnie skupiano się na wydajności poszczególnych turbin w farmie wiatrowej, ale zamiast tego musimy zacząć myśleć o farmie jako o całości, a nie tylko o jej części”.
Budzenie turbiny może zmniejszyć wydajność generatorów z wiatrem o ponad X procent 40. Wcześniej naukowcy używali symulacji komputerowych, aby wykazać, że niewspółosiowość turbin z dominujących wiatrów może zwiększyć produkcję turbin przepływowych. Jednak trudności w znalezieniu farmy wiatrowej gotowej do zatrzymania normalnej pracy na potrzeby eksperymentu i obliczeniu najlepszych kątów dla turbiny utrudniały pokazanie tego na prawdziwej farmie wiatrowej - do tej pory.
Po pierwsze, naukowcy opracowali szybszy sposób obliczania optymalnych kątów niewspółosiowości dla turbin, które opisują w Proceedings of the National Academy of Sciences.
Następnie przetestowali swoje obliczenia na farmie wiatrowej w Albercie w Kanadzie we współpracy z operatorem TransAlta Renewables. Całkowita moc wyjściowa farmy wzrosła o nawet X procent przy niskich prędkościach wiatru - w zależności od kąta turbin - oraz o X procent do 47 przy średnich prędkościach wiatru. Sterowanie przez czuwanie zmniejszyło również odpływy i przepływy mocy, które zwykle stanowią wyzwanie dla energii wiatrowej.
„Dzięki sterowaniu przez wzbudzenie przednia turbina wytwarzała mniej energii, jak się spodziewaliśmy”, mówi główny autor, Michael Howland, doktorant inżynierii mechanicznej. „Odkryliśmy jednak, że z powodu zmniejszonego efektu pobudki turbiny w dole rzeki wytwarzają znacznie więcej energii”.
Ulepszanie farm wiatrowych
Zmienna wydajność farm wiatrowych utrudnia zarządzanie siecią na dwa ważne sposoby.
Jednym z nich jest potrzeba zasilania awaryjnego, takiego jak elektrownie zasilane gazem ziemnym i duże, drogie akumulatory. W badaniu poprawa mocy przy niskich prędkościach wiatru była szczególnie wysoka, ponieważ turbiny zwykle przestają wirować poniżej prędkości minimalnej, całkowicie zmniejszając produkcję i zmuszając zarządców sieci do polegania na mocy rezerwowej. Naukowcy odkryli, że przy powiewie wiatru sterowanie budzeniem skraca czas spadania prędkości poniżej tego minimum. W szczególności największe korzyści odnotowano w nocy, kiedy energia wiatrowa jest zazwyczaj najbardziej cenna jako uzupełnienie energii słonecznej.
Druga to konieczność dokładnego dopasowania ilości energii elektrycznej dostarczanej i zużywanej w danym regionie, aby sieć była niezawodna. Turbulencja powietrza po przebudzeniu może powodować nierównomierną produkcję farmy wiatrowej z minuty na minutę - okres czasu zbyt krótki, aby uruchomić generator gazu. To sprawia, że dopasowanie podaży i popytu staje się trudniejsze dla operatorów systemów w bardzo krótkim czasie. Mają do tego narzędzia, ale mogą być drogie. W badaniu sterowanie czuwaniem zredukowało bardzo krótkoterminową zmienność produkcji energii nawet o 72.
Ponadto zmniejszenie zmienności może pomóc właścicielom farm wiatrowych obniżyć koszty operacyjne. Turbulencje podczas czuwania mogą przeciążać łopatki turbin i zwiększać koszty napraw. Chociaż eksperyment nie trwał wystarczająco długo, aby udowodnić, że sterowanie przez wybudzanie zmniejsza zmęczenie turbiny, naukowcy sugerują, że tak się stanie.
„Pierwszym pytaniem, jakie zadaje nam wielu operatorów, jest to, w jaki sposób wpłynie to na długoterminowe zdrowie strukturalne ich turbin”, mówi Dabiri. „Pracujemy nad określeniem dokładnych efektów, ale do tej pory widzieliśmy, że można faktycznie zmniejszyć zmęczenie mechaniczne dzięki sterowaniu przez wybudzanie”.
Wyrównanie kątów
Aby obliczyć najlepsze kąty niewspółosiowości dla tego badania, naukowcy opracowali nowy model na podstawie danych historycznych z farmy wiatrowej.
„Projektowanie farm wiatrowych jest zwykle zadaniem wymagającym dużych ilości danych i obliczeń”, mówi Sanjiva Lele, profesor aeronautyki i astronautyki oraz inżynierii mechanicznej. „Zamiast tego stworzyliśmy uproszczone reprezentacje matematyczne, które nie tylko działały, ale także zmniejszały obciążenie obliczeniowe o co najmniej dwa rzędy wielkości”.
To szybsze obliczenia mogą pomóc operatorom farm wiatrowych w powszechnym stosowaniu sterowania czuwania.
„Nasz model jest zasadniczo typu plug-and-play, ponieważ może wykorzystywać dane dotyczące wydajności farmy wiatrowej dla konkretnego miejsca”, mówi Howland. „Różne lokalizacje farm będą mogły korzystać z modelu i stale dostosowywać kąty turbiny w zależności od warunków wiatrowych.”
Chociaż naukowcy nie byli w stanie zmierzyć zmiany w rocznej produkcji energii z powodu ograniczonego czasu trwania tego testu w terenie w dniu 10, następnym krokiem, mówi Dabiri, jest przeprowadzenie testów w terenie przez cały rok.
„Jeśli dojdziemy do momentu, w którym będziemy mogli wdrożyć tę strategię na dużą skalę przez długi czas, możemy potencjalnie zoptymalizować aerodynamikę, produkcję energii, a nawet wykorzystanie gruntów pod farmy wiatrowe na całym świecie” - mówi Dabiri.
Wsparcie badań pochodziło od National Science Foundation, stypendium naukowe Stanford Graduate Fellowship oraz Stanford's TomKat Center for Sustainable Energy. Naukowcy przeprowadzili testy terenowe we współpracy z TransAlta Corp.
Źródło: Stanford University
Powiązane książki
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
autorstwa Paula Hawkena i Toma Steyera
W obliczu powszechnego strachu i apatii międzynarodowa koalicja naukowców, profesjonalistów i naukowców połączyła się, aby zaoferować zestaw realistycznych i odważnych rozwiązań w zakresie zmian klimatu. Opisano tutaj sto technik i praktyk - niektóre są dobrze znane; niektóre, o których być może nigdy nie słyszałeś. Obejmują one od czystej energii po edukację dziewcząt w krajach o niższych dochodach po praktyki użytkowania gruntów, które wyciągają węgiel z powietrza. Rozwiązania istnieją, są ekonomicznie opłacalne, a społeczności na całym świecie obecnie wdrażają je z umiejętnościami i determinacją. Dostępne na Amazon
Projektowanie rozwiązań klimatycznych: Przewodnik polityczny dotyczący energii niskoemisyjnej
przez Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Ponieważ skutki zmiany klimatu już dotykają nas, potrzeba ograniczenia globalnych emisji gazów cieplarnianych jest pilna. To trudne wyzwanie, ale technologie i strategie pozwalające mu sprostać istnieją już dzisiaj. Niewielki zestaw polityk energetycznych, dobrze zaprojektowanych i wdrożonych, może skierować nas na ścieżkę do przyszłości niskoemisyjnej. Systemy energetyczne są duże i złożone, dlatego polityka energetyczna musi być ukierunkowana i opłacalna. Podejście uniwersalne po prostu nie spełni swojego zadania. Decydenci potrzebują jasnych, kompleksowych zasobów, które nakreślą polityki energetyczne, które będą miały największy wpływ na naszą przyszłość klimatyczną, oraz opisują, jak dobrze zaprojektować te polityki. Dostępne na Amazon
To zmienia wszystko: kapitalizm kontra klimat
autor: Naomi Klein
In To wszystko zmienia Naomi Klein twierdzi, że zmiany klimatu to nie tylko kolejna kwestia, którą należy starannie uporządkować między podatkami a opieką zdrowotną. Jest to alarm, który wzywa nas do naprawienia systemu gospodarczego, który już pod wieloma względami zawodzi. Klein skrupulatnie opowiada się za tym, jak ogromne zmniejszenie naszej emisji gazów cieplarnianych jest naszą najlepszą szansą na jednoczesne zmniejszenie rozbieżnych nierówności, ponowne wyobrażenie sobie naszych złamanych demokracji i odbudowę wypatroszonych lokalnych gospodarek. Obnaża ideologiczną desperację negacjonistów zmian klimatu, mesjanistyczne złudzenia niedoszłych geoinżynierów oraz tragiczny defetyzm zbyt wielu głównych inicjatyw ekologicznych. I dokładnie pokazuje, dlaczego rynek nie - i nie może - naprawić kryzysu klimatycznego, ale pogorszy sytuację, wprowadzając coraz bardziej ekstremalne i niszczące ekologicznie metody wydobycia, któremu towarzyszy szalony kapitalizm katastroficzny. Dostępne na Amazon
Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.
