Het verminderen van windturbinewakes kan miljoenen windparken besparen

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Onderzoekers verzamelen de meest uitgebreide gegevens over hoe de wind door windenergiecentrales beweegt om efficiëntere centrales te ontwerpen en de kosten voor windenergie te verlagen

‘Windmolens,’ zei Bob Kerr, ‘eet niet.’

Door jaren van droogte zag Kerr, een veeboer en tarweboer uit Oklahoma, de vijvers op zijn landbouwgrond verdwijnen in aangekoekte aarde. Zonder water zouden zijn tarwe en vee nooit overleven. En als zij het niet overleefden, zou de boerderij dat misschien ook niet doen.

Dus na 43 jaar besloot Kerr iets heel anders te gaan exploiteren: wind. Hij verhuurde zijn opgedroogde land aan een windpark. “Dit is een stabiel, betrouwbaar inkomen”, zegt hij vertelde National Public Radio. “Ik hoef me geen zorgen te maken over het voeren ervan, ik hoef me geen zorgen te maken over het breken van het ijs voor ze in de winter, ik hoef me geen zorgen te maken dat deze windmolens de weg op gaan. Het is gewoon een deal zonder zorgen.”

Die deal zou binnenkort nog beter kunnen worden voor boeren als Kerr, die in windrijke staten als Oklahoma wonen. In het voorjaar van 2022 lanceren onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) een internationale, multi-institutionele windenergieveldcampagne genaamd de Amerikaans WAKE-experiment (AWAKEN). Het onderzoek wordt gefinancierd door het Wind Energy Technologies Office van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en zal 's werelds meest uitgebreide dataset verzamelen over een atmosferisch fenomeen op het gebied van windenergie, inclusief ontwakingen die het gemiddelde windpark ongeveer 10% van zijn potentiële energie kunnen kosten. Als deze gegevens eenmaal compleet zijn, kunnen ze windparken – en boeren die hun land pachten, zoals Kerr – helpen nog meer energie te produceren en nog meer winst te maken.

[Ingesloten inhoud]

Wind-overwinning! Hoe luchtstromen door windparken bewegen, is nog niet goed begrepen. Daarom gebruikt het AWAKEN-onderzoeksteam drones en lidar om in kaart te brengen hoe de wind tussen en rond windturbines stroomt en kritische gegevens te verschaffen die ontwikkelaars kunnen helpen de inkomsten en energieproductie van hun fabriek te verhogen. Animatie door Josh Bauer, NREL. Tekstversie.

Net als motorboten creëren snel bewegende windturbinebladen een zog die kan veranderen hoeveel energie benedenwindse turbines en installaties bereikt. Maar actueel modellen voor energievoorspelling zijn te onnauwkeurig om precies te zeggen hoeveel wakes kosten in termen van verloren energie of winst – of hoe dat verlies kan worden voorkomen.

NREL-onderzoekers zijn van plan daar verandering in te brengen.

“Deze veldcampagne,” zei Patrick Moriarty, een senior ingenieur bij NREL die het AWAKEN-project leidt, “zal ons de observaties met de hoogste resolutie geven van de interacties in de atmosfeer van windparken die momenteel ter wereld beschikbaar zijn.”

Eerder ontwierpen Moriarty en zijn NREL-collega's modellen en simulaties om in te schatten hoe de wind door windinstallaties zou kunnen bewegen. Maar zonder observatiegegevens die ze ondersteunen, zegt Moriarty, “weten we niet hoe nauwkeurig onze modellen zijn.” Nu, van het voorjaar van 2022 tot en met oktober 2023, zal het team deze observatiegegevens verzamelen met behulp van een breed scala aan sensoren, waaronder sensoren die in vliegtuigen zijn gemonteerd, in en rond operationele windparken.

Maar voordat er enige gegevensverzameling kon plaatsvinden, moesten Moriarty en zijn onderzoeksteam de juiste locaties vinden om hun instrumenten te plaatsen om duidelijke foto's van de turbines te maken. “Als er bomen, gebouwen of heuvels in de weg staan, zou dat onze inspanningen blokkeren”, zei Moriarty. En die waren er: Tijdens een excursie in juli naar Oklahoma ontdekte het team tal van obstakels om te overwinnen.

Toen ze vervolgens de optimale plek hadden gevonden om hun sensoren te nestelen, moesten de onderzoekers landeigenaren overtuigen om ze te huisvesten – uiteraard in ruil voor huur. In juli ontmoette Moriarty een ‘zeer vriendelijke’ rancher die de onderzoekers bestookte met vragen over de windparken in zijn achtertuin. Kerr is niet de enige die geïnteresseerd is in een nieuw soort landbouw.

Een screenshot van de US Wind Turbine Database-interface met Oklahoma — Deze vlekken vertegenwoordigen de vele windparken verspreid over de windrijke staat Oklahoma. De variërende kleuren geven aan hoe krachtig de windturbines zijn, waarbij blauw de windmolens aangeeft die minder energie produceren en rood de grotere windturbines. *Screenshot van het Amerikaanse windturbinedatabase door NREL.*

De komende jaren zullen deze sensoren hun lasers trainen op vijf windparken in het noorden van Oklahoma – een locatie die is gekozen vanwege het grote aantal huidige windparken en het grote toekomstige potentieel. Geplaatst op of in de buurt van turbines zullen de laser- en radarstralen van de sensoren (zoals die worden gebruikt door verkeersagenten om de snelheid van voertuigen te controleren) stof en insecten reflecteren - omdat verschillende windsnelheden en -paden de manier veranderen waarop die deeltjes wiebelen, kunnen die gegevens helpen bij het creëren van een drie -dimensionaal beeld van hoe windstromen rond de turbines bewegen.

Maar grootschalige ontwakingen kunnen dertig kilometer of langer aanhouden en geheel andere windparken bereiken. “Geen enkel observatiesysteem heeft zo’n bereik,” zei Moriarty. ‘Vroeg of laat heb je een vliegtuig nodig.’

Voor de laatste stap van de AWAKEN-veldcampagne zullen gespecialiseerde vliegtuigen sensoren van fabriek naar fabriek laten vliegen om die grootschalige gegevens te verzamelen en te begrijpen hoe ontwakingen van één windcentrale de buren kunnen beïnvloeden. Tegelijkertijd zullen drones snellere sensoren gebruiken om nauwkeurigere gegevens op te pikken dan eerdere tools.

Wanneer de gegevens vervolgens in 2023 worden verzameld, zullen de onderzoekers atmosferische effecten in kaart brengen en een open-source, wereldwijd toegankelijke dataset creëren (te hosten in het DOE Archief en portaal voor windgegevens). Die gegevens zouden ontwikkelaars van windparken de broodnodige begeleiding kunnen geven over hoe ze hun windturbines moeten positioneren om de energieproductie van hun centrales te maximaliseren. Dergelijke goed geïnformeerde ontwerpen van windenergiecentrales zouden potentieel tot 5% meer energie kunnen genereren (en daarmee ook meer inkomsten).

Nadat AWAKEN is afgerond, hoopt Moriarty een soortgelijke grootschalige veldcampagne uit te voeren om de wake-effecten in kaart te brengen offshore windparken — vooral drijvende planten, waarvoor weinig gegevens bestaan. Maar Moriarty hoopt ook hun tools voor gegevensverzameling te verbeteren om uiteindelijk een kaart met een nog hogere resolutie te kunnen maken van hoe de wind door windparken beweegt.

'We komen dichterbij,' zei Moriarty. Eerste stop: Oklahoma.

Lees verder over ONTWAKEN en NREL's windenergie onderzoek.

Artikel met dank aan Nationaal Hernieuwbare Energie Laboratorium.

Waardeer je de originaliteit van CleanTechnica? Overweeg om een CleanTechnica-lid, ondersteuner, technicus of ambassadeur - of een beschermheer op Patreon.