Å redusere vindturbinen kan spare millioner av vindparker

Publisert av Platon

Følgere: 0

Forskere samler inn de mest omfattende dataene om hvordan vind beveger seg gjennom vindkraftverk for å hjelpe til med å designe mer effektive anlegg og redusere vindenergikostnader

"Vindmøller," sa Bob Kerr, "spiser ikke."

Gjennom mange år med tørke så Kerr, en kvegfarmer og hvetebonde i Oklahoma, dammene på jordbruksland hans forsvinne til kakejord. Uten vann ville hans hvete og storfe aldri overleve. Og hvis de ikke overlevde, ville gården kanskje ikke heller.

Så, etter 43 år, bestemte Kerr seg for å dyrke noe helt annet: vind. Han leide ut tørket land til en vindpark. "Dette er en stabil, pålitelig inntekt," han fortalte National Public Radio. «Jeg trenger ikke å bekymre meg for å mate dem, jeg trenger ikke å bekymre meg for å bryte is for dem om vinteren, jeg trenger ikke å bekymre meg for at disse vindmøllene kommer ut på veien. Det er bare en avtale uten bekymring.»

Den avtalen kan snart bli enda bedre for bønder som Kerr som bor i vindrike stater som Oklahoma. Våren 2022 vil forskere ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) lansere en internasjonal, multiinstitusjonell vindenergifeltkampanje kalt Amerikansk WAKE-eksperiment (AWAKEN). Finansiert av U.S. Department of Energy (DOE) Wind Energy Technologies Office, vil studien samle verdens mest omfattende datasett på et atmosfærisk vindenergifenomen, inkludert kjølvann som kan koste gjennomsnittlig vindpark rundt 10 % av den potensielle energien. Når de er ferdige, kan disse dataene hjelpe vindparker – og bønder som leier ut landet sitt, som Kerr – med å produsere enda mer energi og tjene enda mer fortjeneste også.

[Innebygd innhold]

Vind vinner! Hvordan luftstrømmer beveger seg gjennom vindanlegg er ikke godt forstått. Det er derfor AWAKEN-forskerteamet bruker droner og lidar for å kartlegge hvordan vinden flyter mellom og rundt vindturbiner og gir kritiske data som kan hjelpe utviklere med å øke anleggets inntekter og energiproduksjon. Animasjon av Josh Bauer, NREL. Tekstversjon.

I likhet med motorbåter skaper hurtiggående vindturbinblader kjølvann som kan endre hvor mye energi som når nedvindsturbiner og anlegg. Men nåværende energiprediksjonsmodeller er for upresise til å fortelle nøyaktig hvor mye våkner koster i form av tapt energi eller fortjeneste - eller hvordan man kan forhindre dette tapet.

NREL-forskere planlegger å endre det.

"Denne feltkampanjen," sa Patrick Moriarty, en senioringeniør ved NREL som leder AWAKEN-prosjektet, "vil gi oss de høyeste oppløsningsobservasjonene av interaksjoner med vindparkatmosfære tilgjengelig i verden i dag."

Tidligere har Moriarty og hans NREL-kolleger designet modeller og simuleringer å anslå hvordan vind kan bevege seg gjennom vindanlegg. Men uten observasjonsdata for å sikkerhetskopiere dem, sa Moriarty, "vi vet ikke hvor nøyaktige modellene våre er." Nå, fra våren 2022 til oktober 2023, vil teamet samle disse observasjonsdataene ved å bruke et stort utvalg av sensorer, inkludert de som er montert på fly, i og rundt operative vindparker.

Men før noen datainnsamling kunne skje, måtte Moriarty og forskerteamet hans finne de riktige stedene for å plassere instrumentene sine for å få klare bilder av turbinene. "Hvis det er trær eller bygninger eller åser i veien, vil det blokkere vår innsats," sa Moriarty. Og det var: Under en ekskursjon til Oklahoma i juli fant teamet mange hindringer å navigere.

Så, når de fant optimale steder for å sette sensorene sine, måtte forskerne overbevise grunneiere om å huse dem - i bytte mot husleie, selvfølgelig. Tilbake i juli møtte Moriarty en "veldig vennlig" rancher som pepret forskerne med spørsmål om vindparkene i bakgården hans. Kerr er ikke den eneste som er interessert i en ny type jordbruk.

Et skjermbilde av grensesnittet for U.S. Wind Turbine Database som viser Oklahoma — Disse flekker representerer de mange vindparkene spredt over den vindrike staten Oklahoma. De varierende fargene representerer hvor kraftige vindturbinene er, med blått indikerer de som produserer mindre energi og rødt som representerer større vindturbiner. *Skjermbilde av USAs vindturbindatabase av NREL.*

I løpet av de neste årene vil disse sensorene trene laserne sine på fem vindparker i det nordlige Oklahoma - et sted valgt på grunn av det store antallet nåværende vindparker og det store fremtidige potensialet. Plassert på eller i nærheten av turbiner, vil sensorenes laser- og radarstråler (som de som brukes av trafikkpolitiet for å overvåke kjøretøyhastigheter) reflektere støv og feil – fordi forskjellige vindhastigheter og veier endrer hvordan partiklene slingrer, kan disse dataene bidra til å skape en tre -dimensjonalt bilde av hvordan vindstrømmene beveger seg rundt turbinene.

Men storskala kjølvann kan vedvare 20 miles eller mer og nå helt andre vindanlegg. "Ingen observasjonssystem har den typen rekkevidde," sa Moriarty. "Før eller siden trenger du et fly."

For det siste trinnet i AWAKEN-feltkampanjen vil spesialiserte fly fly sensorer fra anlegg til anlegg for å samle inn store data og forstå hvordan kjølvann fra ett vindanlegg kan påvirke naboene. Samtidig vil droner bruke raskere sensorer for å fange opp mer presise data enn tidligere verktøy.

Så, når dataene er samlet i 2023, vil forskerne kartlegge atmosfæriske effekter og lage et åpen kildekode, globalt tilgjengelig datasett (som skal være vert i DOE Vinddataarkiv og portal). Disse dataene kan gi vindparkutviklere sårt tiltrengt veiledning om hvordan de skal posisjonere vindturbinene sine for å maksimere anleggets energiproduksjon. Slike velinformerte vindanleggsdesign kan potensielt generere opptil 5 % mer energi (og, med det, mer inntekter).

Etter at AWAKEN avsluttes, håper Moriarty å utføre en lignende massiv feltkampanje for å kartlegge våkneeffekter i havvindanlegg — spesielt flytende anlegg, som det finnes lite data for. Men Moriarty håper også å forbedre datainnsamlingsverktøyene deres for til slutt å lage et kart med enda høyere oppløsning over hvordan vinden beveger seg gjennom vindanlegg.

"Vi nærmer oss," sa Moriarty. Første stopp: Oklahoma.

Lær mer om VÅKNE og NREL forskning på vindenergi.

Artikkel med tillatelse fra National Renewable Energy Laboratory.

Setter du pris på CleanTechnicas originalitet? Vurder å bli en CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadør - eller en beskytter på Patreon.