La reducción de las estelas de las turbinas eólicas podría ahorrar millones a los parques eólicos

Reeditado por Platón

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Los investigadores están recopilando los datos más completos sobre cómo se mueven los vientos a través de las plantas de energía eólica para ayudar a diseñar plantas más eficientes y reducir los costos de la energía eólica

"Molinos de viento", dijo Bob Kerr, "no comer".

Durante años de sequía, Kerr, un ganadero y agricultor de trigo de Oklahoma, vio cómo los estanques de sus tierras de cultivo desaparecían en la tierra endurecida. Sin agua, su trigo y ganado nunca sobrevivirían. Y si ellos no sobrevivieron, la granja tampoco.

Entonces, después de 43 años, Kerr decidió cultivar algo completamente diferente: viento. Arrendó su tierra seca a un parque eólico. “Este es un ingreso estable y confiable”, dijo. les dijo a Radio Pública Nacional. “No tengo que preocuparme por alimentarlos, no tengo que preocuparme por romper el hielo para ellos en el invierno, no tengo que preocuparme por estos molinos de viento que salen a la carretera. Es solo un trato sin preocupaciones”.

Ese trato pronto podría mejorar aún más para agricultores como Kerr que viven en estados ricos en viento como Oklahoma. En la primavera de 2022, los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) lanzarán una campaña de campo de energía eólica internacional y multiinstitucional llamada Experimento estadounidense WAKE (AWAKEN). Financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Eólica del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), el estudio acumulará el conjunto de datos más completo del mundo sobre un fenómeno atmosférico de energía eólica, incluidas las estelas que pueden costarle a un parque eólico promedio alrededor del 10% de su energía potencial. Una vez completos, esos datos podrían ayudar a los parques eólicos, y a los agricultores que arriendan sus tierras, como Kerr, a producir aún más energía y obtener aún más ganancias.

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¡Victoria del viento! No se comprende bien cómo se mueven las corrientes de aire a través de las plantas eólicas. Es por eso que el equipo de investigación de AWAKEN está utilizando drones y lidar para mapear cómo fluyen los vientos entre y alrededor de las turbinas eólicas y proporcionar datos críticos que podrían ayudar a los desarrolladores a aumentar los ingresos y la producción de energía de sus plantas. Animación de Josh Bauer, NREL. Versión de texto.

Al igual que las lanchas a motor, las palas de las turbinas eólicas que se mueven rápidamente crean estelas que pueden cambiar la cantidad de energía que llega a las turbinas y plantas a favor del viento. pero actual modelos de predicción de energía son demasiado imprecisos para decir exactamente cuánto cuestan las estelas en términos de pérdida de energía o ganancias, o cómo prevenir esa pérdida.

Los investigadores de NREL planean cambiar eso.

“Esta campaña de campo”, dijo Patricio Moriarty, un ingeniero sénior de NREL que dirige el proyecto AWAKEN, "nos brindará las observaciones de mayor resolución de las interacciones atmosféricas de los parques eólicos disponibles en el mundo actual".

Previamente, Moriarty y sus colegas de NREL diseñaron modelos y simulaciones para estimar cómo los vientos podrían moverse a través de las plantas eólicas. Pero sin datos de observación que los respalden, dijo Moriarty, "no sabemos qué tan precisos son nuestros modelos". Ahora, desde la primavera de 2022 hasta octubre de 2023, el equipo recopilará estos datos de observación utilizando una amplia gama de sensores, incluidos los montados en aviones, dentro y alrededor de parques eólicos operativos.

Pero antes de que pudiera ocurrir cualquier recopilación de datos, Moriarty y su equipo de investigación necesitaban encontrar las ubicaciones correctas para colocar sus instrumentos para obtener imágenes claras de las turbinas. “Si hay árboles, edificios o colinas en el camino, eso bloquearía nuestros esfuerzos”, dijo Moriarty. Y los hubo: durante un viaje de campo en julio a Oklahoma, el equipo encontró muchos obstáculos para sortear.

Luego, una vez que encontraron lugares óptimos para colocar sus sensores, los investigadores tuvieron que convencer a los propietarios de tierras para que los albergaran, a cambio de un alquiler, por supuesto. En julio, Moriarty conoció a un ranchero “muy amigable” que acribilló a los investigadores con preguntas sobre los parques eólicos en su patio trasero. Kerr no es el único interesado en un nuevo tipo de agricultura.

Una captura de pantalla de la interfaz de la base de datos de turbinas eólicas de EE. UU. que muestra Oklahoma — Estas manchas representan los muchos parques eólicos esparcidos por todo el estado de Oklahoma, rico en vientos. Los diferentes colores representan la potencia de las turbinas eólicas, el azul indica las que producen menos energía y el rojo representa las turbinas eólicas más grandes. *Captura de pantalla del Base de datos de aerogeneradores de EE. UU. por NREL.*

Durante los próximos años, esos sensores entrenarán sus láseres en cinco parques eólicos en el norte de Oklahoma, un lugar elegido por su gran cantidad de parques eólicos actuales y su gran potencial futuro. Colocados en o cerca de las turbinas, los haces de láser y radar de los sensores (como los que usan los policías de tránsito para monitorear las velocidades de los vehículos) reflejarán el polvo y los insectos, ya que las diferentes velocidades y trayectorias del viento cambian la forma en que se tambalean esas partículas, esos datos pueden ayudar a crear una combinación de tres -imagen dimensional de cómo se mueven las corrientes de viento alrededor de las turbinas.

Pero las estelas a gran escala pueden persistir 20 millas o más y alcanzar plantas eólicas completamente diferentes. “Ningún sistema de observación tiene ese tipo de rango”, dijo Moriarty. “Tarde o temprano, necesitas un avión”.

Para el paso final de la campaña de campo AWAKEN, aviones especializados volarán sensores de planta en planta para recopilar datos a gran escala y comprender cómo las estelas de una planta eólica pueden afectar a sus vecinos. Al mismo tiempo, los drones utilizarán sensores más rápidos para recoger datos más precisos que las herramientas anteriores.

Luego, cuando los datos se compilen en 2023, los investigadores trazarán un mapa de los efectos atmosféricos y crearán un conjunto de datos de código abierto y accesible a nivel mundial (que se alojará en el DOE Portal y archivo de datos eólicos). Esos datos podrían brindar a los desarrolladores de parques eólicos una guía muy necesaria sobre cómo colocar sus turbinas eólicas para maximizar la producción de energía de sus plantas. Dichos diseños de plantas eólicas bien informados podrían generar potencialmente hasta un 5% más de energía (y, con ello, más ingresos).

Después de que AWAKEN termine, Moriarty espera realizar una campaña de campo masiva similar para mapear los efectos de estela en plantas eólicas marinas — especialmente plantas flotantes, para las cuales existen pocos datos. Pero Moriarty también espera mejorar sus herramientas de recopilación de datos para eventualmente hacer un mapa de resolución aún mayor de cómo los vientos se mueven a través de las plantas eólicas.

“Nos estamos acercando”, dijo Moriarty. Primera parada: Oklahoma.

Aprenda más sobre DESPERTAR y NREL investigacion de energia eolica.

Artículo cortesía de Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

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