Durch die Reduzierung der Nachläufe von Windkraftanlagen könnten Windparks Millionen einsparen

Forscher sammeln die umfassendsten Daten darüber, wie sich Winde durch Windkraftanlagen bewegen, um effizientere Anlagen zu entwerfen und Windenergiekosten zu senken

„Windmühlen“, sagte Bob Kerr, „iss nicht.“

Während der Jahre der Dürre musste Kerr, ein Viehzüchter und Weizenbauer aus Oklahoma, mit ansehen, wie die Teiche auf seinem Ackerland in verkrusteter Erde verschwanden. Ohne Wasser würden sein Weizen und sein Vieh niemals überleben. Und wenn sie nicht überlebten, könnte es sein, dass auch die Farm nicht überlebte.

Also beschloss Kerr nach 43 Jahren, etwas ganz anderes zu bewirtschaften: Wind. Er verpachtete sein ausgetrocknetes Land an einen Windpark. „Das ist ein stabiles, verlässliches Einkommen“, sagte er sagte National Public Radio. „Ich muss mir keine Sorgen machen, sie zu füttern, ich muss mir keine Sorgen machen, dass sie im Winter das Eis brechen, ich muss mir keine Sorgen machen, dass diese Windmühlen auf die Straße geraten. Es ist einfach ein Sorglos-Deal.“

Für Landwirte wie Kerr, die in windreichen Staaten wie Oklahoma leben, könnte dieser Deal bald noch besser werden. Im Frühjahr 2022 werden Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) eine internationale, multiinstitutionelle Feldkampagne für Windenergie mit dem Namen starten Amerikanisches WAKE-Experiment (AWAKEN). Die vom Büro für Windenergietechnologien des US-Energieministeriums (DOE) finanzierte Studie wird den weltweit umfassendsten Datensatz zu einem atmosphärischen Windenergiephänomen zusammentragen, einschließlich Nachläufen, die einen durchschnittlichen Windpark etwa 10 % seiner potenziellen Energie kosten können. Sobald diese Daten vollständig sind, könnten sie Windparks – und Landwirten, die ihr Land wie Kerr pachten – dabei helfen, noch mehr Energie zu produzieren und auch noch mehr Gewinn zu erzielen.

Wind gewinnt! Wie sich Luftströmungen durch Windkraftanlagen bewegen, ist nicht genau geklärt. Aus diesem Grund nutzt das AWAKEN-Forschungsteam Drohnen und Lidar, um zu kartieren, wie die Winde zwischen und um Windkraftanlagen strömen, und um wichtige Daten bereitzustellen, die Entwicklern dabei helfen könnten, den Umsatz und die Energieproduktion ihrer Anlage zu steigern. Animation von Josh Bauer, NREL. Textversion.

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Wie Motorboote erzeugen sich schnell bewegende Rotorblätter von Windkraftanlagen Wirbel, die verändern können, wie viel Energie die windabgewandten Turbinen und Anlagen erreicht. Aber aktuell Energievorhersagemodelle sind zu ungenau, um genau sagen zu können, wie hoch die Energie- oder Gewinnverluste bei Nachläufen sind – oder wie man diesen Verlust verhindern kann.

NREL-Forscher wollen das ändern.

„Diese Feldkampagne“, sagte er Patrick Moriarty, ein leitender Ingenieur am NREL, der das AWAKEN-Projekt leitet, „wird uns die hochauflösenden Beobachtungen der Wechselwirkungen der Windparkatmosphäre ermöglichen, die heute weltweit verfügbar sind.“

Zuvor haben Moriarty und seine NREL-Kollegen entworfen Modelle und Simulationen um abzuschätzen, wie sich Winde durch Windkraftanlagen bewegen könnten. Aber ohne Beobachtungsdaten, die sie untermauern, „wissen wir nicht, wie genau unsere Modelle sind“, sagte Moriarty. Nun wird das Team vom Frühjahr 2022 bis Oktober 2023 diese Beobachtungsdaten mithilfe einer Vielzahl von Sensoren sammeln, darunter auch an Flugzeugen montierte Sensoren in und um in Betrieb befindliche Windparks.

Doch bevor überhaupt Daten gesammelt werden konnten, mussten Moriarty und sein Forschungsteam die richtigen Standorte für die Platzierung ihrer Instrumente finden, um klare Aufnahmen der Turbinen zu erhalten. „Wenn Bäume, Gebäude oder Hügel im Weg wären, würde das unsere Bemühungen blockieren“, sagte Moriarty. Und das gab es: Während einer Exkursion nach Oklahoma im Juli fand das Team zahlreiche Hindernisse, die es zu überwinden galt.

Nachdem sie dann optimale Orte für die Unterbringung ihrer Sensoren gefunden hatten, mussten die Forscher die Landbesitzer davon überzeugen, sie unterzubringen – natürlich gegen Miete. Bereits im Juli traf Moriarty einen „sehr freundlichen“ Rancher, der die Forscher mit Fragen zu den Windparks in seinem Hinterhof überschüttete. Kerr ist nicht der Einzige, der sich für eine neue Art der Landwirtschaft interessiert.

In den nächsten Jahren werden diese Sensoren ihre Laser auf fünf Windparks im Norden Oklahomas trainieren – ein Standort, der aufgrund seiner großen Anzahl aktueller Windparks und seines großen Zukunftspotenzials ausgewählt wurde. Auf oder in der Nähe von Turbinen angebracht, reflektieren die Laser- und Radarstrahlen der Sensoren (wie sie von Verkehrspolizisten zur Überwachung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden) Staub und Insekten – da unterschiedliche Windgeschwindigkeiten und -pfade die Art und Weise verändern, wie diese Partikel wackeln, können diese Daten dabei helfen, eine Drei zu erzeugen -dimensionales Bild von wie sich Windströmungen um die Turbinen bewegen.

Aber großflächige Wirbelströme können 20 Meilen oder länger andauern und völlig unterschiedliche Windkraftanlagen erreichen. „Kein Beobachtungssystem hat eine solche Reichweite“, sagte Moriarty. „Früher oder später braucht man ein Flugzeug.“

Im letzten Schritt der AWAKEN-Feldkampagne werden Spezialflugzeuge Sensoren von Anlage zu Anlage fliegen lassen, um diese groß angelegten Daten zu sammeln und zu verstehen, wie sich die Nachläufe einer Windkraftanlage auf ihre Nachbarn auswirken könnten. Gleichzeitig werden Drohnen schnellere Sensoren verwenden, um präzisere Daten zu erfassen als bisherige Werkzeuge.

Wenn die Daten dann im Jahr 2023 zusammengestellt werden, werden die Forscher die atmosphärischen Auswirkungen kartieren und einen weltweit zugänglichen Open-Source-Datensatz erstellen (der im DOE gehostet wird). Winddatenarchiv und Portal). Diese Daten könnten Windparkentwicklern dringend benötigte Hinweise zur Positionierung ihrer Windkraftanlagen geben, um die Energieproduktion ihrer Anlagen zu maximieren. Solche gut informierten Windkraftanlagenkonzepte könnten potenziell bis zu 5 % mehr Energie (und damit mehr Umsatz) erzeugen.

Nach Abschluss von AWAKEN hofft Moriarty, eine ähnlich große Feldkampagne durchführen zu können, um Nachlaufeffekte zu ermitteln Offshore-Windkraftanlagen – insbesondere schwimmende Pflanzen, für die nur wenige Daten vorliegen. Aber Moriarty hofft auch, seine Datenerfassungstools zu verbessern, um schließlich eine noch höher aufgelöste Karte der Bewegung des Windes durch Windkraftanlagen zu erstellen.

„Wir kommen näher“, sagte Moriarty. Erster Stopp: Oklahoma.

Erfahren Sie mehr darüber WECKEN und NRELs Windenergieforschung.

Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Erneuerbare-Energielaboratorium.

 

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Quelle: https://cleantechnica.com/2022/01/25/reducing-wind-turbine-wakes-could-save-wind-farms-millions/