Att minska vindkraftverken kan spara miljoner vindkraftsparker

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Forskare samlar in de mest omfattande uppgifterna om hur vindar rör sig genom vindkraftverk för att hjälpa till att designa mer effektiva anläggningar och minska kostnaderna för vindenergi

"Väderkvarnar," sa Bob Kerr, "ät inte."

Genom år av torka såg Kerr, en boskapsuppfödare och vetebonde i Oklahoma, dammarna på hans jordbruksmark försvinna till kakad jord. Utan vatten skulle hans vete och boskap aldrig överleva. Och om de inte överlevde kanske gården inte heller.

Så efter 43 år bestämde sig Kerr för att odla något helt annat: vind. Han arrenderade ut sin torkade mark till en vindkraftspark. "Detta är en stabil, pålitlig inkomst," han berättade National Public Radio. "Jag behöver inte oroa mig för att mata dem, jag behöver inte oroa mig för att bryta is åt dem på vintern, jag behöver inte oroa mig för att dessa väderkvarnar ska komma ut på vägen. Det är bara en affär som inte behöver oroa sig."

Den affären kan snart bli ännu bättre för bönder som Kerr som bor i vindrika stater som Oklahoma. Under våren 2022 kommer forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) att lansera en internationell, multiinstitutionell vindenergifältskampanj kallad Amerikanskt WAKE-experiment (AWAKEN). Studien, som finansieras av U.S. Department of Energy (DOE) Wind Energy Technologies Office, kommer att samla världens mest omfattande datauppsättning om ett atmosfäriskt fenomen från vindenergi inklusive väckningar som kan kosta den genomsnittliga vindkraftparken cirka 10 % av dess potentiella energi. När de är klara kan dessa uppgifter hjälpa vindkraftsparker - och bönder som arrenderar sin mark, som Kerr - att producera ännu mer energi och tjäna ännu mer vinster också.

[Inbäddat innehåll]

Vindvinst! Hur luftströmmar rör sig genom vindkraftverk är inte väl förstått. Det är därför AWAKENs forskargrupp använder drönare och lidar för att kartlägga hur vindar flyter mellan och runt vindkraftverk och tillhandahåller kritisk data som kan hjälpa utvecklare att öka sin anläggnings intäkter och energiproduktion. Animation av Josh Bauer, NREL. Textversion.

Precis som motorbåtar skapar snabbrörliga vindkraftsblad vakar som kan förändra hur mycket energi som når vindkraftverk och anläggningar. Men aktuell energiförutsägelsemodeller är för oprecisa för att säga exakt hur mycket väckningar kostar i form av förlorad energi eller vinst - eller hur man förhindrar den förlusten.

NREL-forskare planerar att ändra på det.

"Denna fältkampanj," sa Patrick Moriarty, en senior ingenjör vid NREL som leder AWAKEN-projektet, "kommer att ge oss de högsta upplösningsobservationerna av interaktioner i vindkraftsparksatmosfären som finns i världen idag."

Tidigare har Moriarty och hans NREL-kollegor designat modeller och simuleringar för att uppskatta hur vindar kan röra sig genom vindkraftverk. Men utan observationsdata för att backa upp dem, sa Moriarty, "vi vet inte hur exakta våra modeller är." Nu, från våren 2022 till oktober 2023, kommer teamet att samla in dessa observationsdata med hjälp av ett stort antal sensorer, inklusive de som är monterade på flygplan, i och runt operativa vindkraftsparker.

Men innan någon datainsamling kunde ske behövde Moriarty och hans forskargrupp hitta rätt platser för att placera sina instrument för att få tydliga bilder av turbinerna. "Om det finns träd eller byggnader eller kullar i vägen, skulle det blockera våra ansträngningar," sa Moriarty. Och det fanns: Under en studieresa till Oklahoma i juli hittade teamet massor av hinder att navigera.

Sedan, när de väl hittat optimala ställen för att bygga in sina sensorer, var forskarna tvungna att övertyga markägare att hysa dem - i utbyte mot hyra, förstås. Tillbaka i juli träffade Moriarty en "mycket vänlig" ranchägare som peppade forskarna med frågor om vindkraftsparkerna på hans bakgård. Kerr är inte den enda som är intresserad av en ny typ av jordbruk.

En skärmdump av U.S. Wind Turbine Database-gränssnittet som visar Oklahoma — Dessa fläckar representerar de många vindparker som är utspridda över den vindrika delstaten Oklahoma. De varierande färgerna representerar hur kraftfulla vindkraftverken är, där blått indikerar de som producerar mindre energi och rött representerar större vindkraftverk. *Skärmdump av USA:s vindkraftsdatabas av NREL.*

Under de kommande åren kommer dessa sensorer att träna sina lasrar på fem vindkraftsparker i norra Oklahoma - en plats vald för dess stora antal nuvarande vindkraftsparker och stora framtida potential. Upplagda på eller nära turbiner, kommer sensorernas laser- och radarstrålar (som de som används av trafikpoliser för att övervaka fordonshastigheter) att reflektera damm och buggar – eftersom olika vindhastigheter och banor förändrar hur dessa partiklar vinglar, kan dessa data hjälpa till att skapa en tre -dimensionell bild av hur vindströmmar rör sig runt turbinerna.

Men storskaliga väckningar kan kvarstå 20 miles eller mer och nå helt andra vindkraftverk. "Inget observationssystem har den typen av räckvidd," sa Moriarty. "Förr eller senare behöver du ett flygplan."

För det sista steget av AWAKEN-fältkampanjen kommer specialiserade flygplan att flyga sensorer från anläggning till anläggning för att samla in storskalig data och förstå hur vaken från en vindkraftverk kan påverka dess grannar. Samtidigt kommer drönare att använda snabbare sensorer för att fånga upp mer exakt data än tidigare verktyg.

Sedan, när data sammanställs 2023, kommer forskarna att kartlägga atmosfäriska effekter och skapa en öppen källkod, globalt tillgänglig datauppsättning (som ska finnas i DOE Vinddataarkiv och portal). Dessa data kan ge vindkraftsutvecklare välbehövlig vägledning om hur de ska placera sina vindkraftverk för att maximera sina anläggningars energiproduktion. Sådana välinformerade vindkraftskonstruktioner skulle potentiellt kunna generera upp till 5 % mer energi (och därmed mer intäkter).

Efter att AWAKEN har avslutats hoppas Moriarty kunna genomföra en liknande massiv fältkampanj för att kartlägga väckningseffekter i vindkraftverk till havs — särskilt flytande växter, för vilka det finns lite data. Men Moriarty hoppas också kunna förbättra sina datainsamlingsverktyg för att så småningom göra en ännu högre upplösning karta över hur vindar rör sig genom vindkraftverk.

"Vi närmar oss," sa Moriarty. Första stoppet: Oklahoma.

Läs mer om VÄCKA och NREL:s vindenergiforskning.

Artikel med tillstånd av National Renewable Energy Laboratory.

Uppskattar CleanTechnicas originalitet? Överväg att bli en CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadör - eller en beskyddare på Patreon.