Giảm đánh thức tuabin gió có thể tiết kiệm hàng triệu trang trại gió

Các nhà nghiên cứu đang thu thập dữ liệu toàn diện nhất về cách gió di chuyển qua các nhà máy điện gió để giúp thiết kế các nhà máy hiệu quả hơn và giảm chi phí năng lượng gió

“Cối xay gió,” Bob Kerr nói, “đừng ăn.”

Qua nhiều năm hạn hán, Kerr, một chủ trang trại gia súc và nông dân trồng lúa mì ở Oklahoma, đã chứng kiến ​​những cái ao trên đất nông nghiệp của mình biến mất thành lớp đất khô cằn. Không có nước, lúa mì và gia súc của anh ấy sẽ không bao giờ tồn tại được. Và nếu họ không sống sót, trang trại cũng có thể không.

Vì vậy, sau 43 năm, Kerr quyết định trồng trọt một thứ hoàn toàn khác: gió. Ông cho thuê mảnh đất khô cằn của mình để làm trang trại gió. “Đây là thu nhập ổn định, đáng tin cậy,” anh nói với Đài phát thanh quốc gia. “Tôi không phải lo lắng về việc cho chúng ăn, tôi không phải lo lắng về việc phá băng cho chúng vào mùa đông, tôi không phải lo lắng về việc những chiếc cối xay gió này sẽ xuất hiện trên đường. Đó chỉ là một thỏa thuận không cần lo lắng.”

Thỏa thuận đó có thể sớm trở nên tốt hơn cho những người nông dân như Kerr sống ở các bang có nhiều gió như Oklahoma. Vào mùa xuân năm 2022, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) sẽ khởi động một chiến dịch lĩnh vực năng lượng gió quốc tế, đa tổ chức được gọi là Thử nghiệm WAKE của Mỹ (AWAKEN). Được tài trợ bởi Văn phòng Công nghệ Năng lượng Gió của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), nghiên cứu sẽ tích lũy bộ dữ liệu toàn diện nhất thế giới về hiện tượng khí quyển năng lượng gió, bao gồm cả các đợt thức giấc có thể tiêu tốn khoảng 10% năng lượng tiềm năng của trang trại gió trung bình. Sau khi hoàn thành, những dữ liệu đó có thể giúp các trang trại gió — và những người nông dân cho thuê đất của họ, như Kerr — sản xuất nhiều năng lượng hơn và kiếm được nhiều lợi nhuận hơn nữa.

Gió thắng! Làm thế nào các luồng không khí di chuyển qua các nhà máy gió vẫn chưa được hiểu rõ. Đó là lý do tại sao nhóm nghiên cứu AWAKEN đang sử dụng máy bay không người lái và máy bay không người lái để lập bản đồ cách gió di chuyển giữa và xung quanh các tua-bin gió, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng có thể giúp các nhà phát triển tăng doanh thu và sản xuất năng lượng cho nhà máy của họ. Hoạt hình của Josh Bauer, NREL. Phiên bản văn bản.

---

Giống như thuyền máy, các cánh tua-bin gió chuyển động nhanh tạo ra các hướng gió có thể thay đổi lượng năng lượng truyền tới các tua-bin và nhà máy theo chiều gió. Nhưng hiện tại mô hình dự đoán năng lượng quá thiếu chính xác để có thể nói chính xác chi phí đánh thức tính theo năng lượng bị mất hoặc lợi nhuận — hoặc làm thế nào để ngăn chặn sự mất mát đó.

Các nhà nghiên cứu của NREL có kế hoạch thay đổi điều đó.

“Chiến dịch thực địa này,” nói Patrick Moriarty, một kỹ sư cao cấp tại NREL, người đang lãnh đạo dự án AWAKEN, “sẽ cung cấp cho chúng tôi những quan sát có độ phân giải cao nhất về các tương tác với bầu khí quyển của trang trại gió hiện có trên thế giới.”

Trước đây, Moriarty và các đồng nghiệp NREL của ông đã thiết kế mô hình và mô phỏng để ước tính cách gió có thể di chuyển qua các nhà máy gió. Nhưng không có dữ liệu quan sát để sao lưu chúng, Moriarty nói, “chúng tôi không biết các mô hình của mình chính xác đến mức nào.” Giờ đây, từ mùa xuân năm 2022 đến tháng 2023 năm XNUMX, nhóm sẽ thu thập dữ liệu quan sát này bằng cách sử dụng một loạt các cảm biến, bao gồm cả những cảm biến gắn trên máy bay, trong và xung quanh các trang trại gió đang hoạt động.

Nhưng trước khi bất kỳ việc thu thập dữ liệu nào có thể diễn ra, Moriarty và nhóm nghiên cứu của ông cần tìm đúng vị trí để đặt các thiết bị của họ nhằm có được những bức ảnh rõ ràng về các tua-bin. Moriarty nói: “Nếu có cây cối, tòa nhà hoặc đồi núi cản đường, điều đó sẽ cản trở nỗ lực của chúng tôi. Và đã có: Trong một chuyến đi thực tế vào tháng XNUMX tới Oklahoma, nhóm đã tìm thấy rất nhiều chướng ngại vật để điều hướng.

Sau đó, khi họ tìm thấy những vị trí tối ưu để đặt các cảm biến của mình, các nhà nghiên cứu phải thuyết phục chủ đất cho chúng ở – tất nhiên là để đổi lấy tiền thuê. Trở lại vào tháng XNUMX, Moriarty đã gặp một chủ trang trại “rất thân thiện”, người đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu những câu hỏi về các trang trại gió ở sân sau của anh ta. Kerr không phải là người duy nhất quan tâm đến hình thức canh tác mới.

Trong vài năm tới, những cảm biến đó sẽ huấn luyện tia laser của chúng trên năm trang trại gió ở phía bắc Oklahoma — một địa điểm được chọn vì số lượng lớn các trang trại gió hiện tại và tiềm năng to lớn trong tương lai. Được đặt trên hoặc gần tua-bin, chùm tia la-de và radar của cảm biến (giống như chùm tia được cảnh sát giao thông sử dụng để theo dõi tốc độ phương tiện) sẽ phản xạ bụi và bọ — bởi vì tốc độ và đường đi của gió khác nhau thay đổi cách các hạt đó dao động, dữ liệu đó có thể giúp tạo ra ba hình ảnh chiều của làm thế nào các dòng gió đang di chuyển xung quanh các tuabin.

Nhưng những đợt thức quy mô lớn có thể kéo dài 20 dặm trở lên và đến được các nhà máy gió hoàn toàn khác. Moriarty nói: “Không có hệ thống quan sát nào có phạm vi như vậy. "Sớm hay muộn, bạn cần một chiếc máy bay."

Đối với bước cuối cùng của chiến dịch thực địa AWAKEN, máy bay chuyên dụng sẽ bay các cảm biến từ nhà máy này sang nhà máy khác để thu thập dữ liệu quy mô lớn đó và hiểu cách thức thức dậy từ một nhà máy gió có thể ảnh hưởng đến các nhà máy lân cận của nó. Đồng thời, máy bay không người lái sẽ sử dụng các cảm biến nhanh hơn để thu thập dữ liệu chính xác hơn các công cụ trước đây.

Sau đó, khi dữ liệu được tổng hợp vào năm 2023, các nhà nghiên cứu sẽ vạch ra các hiệu ứng khí quyển và tạo ra một bộ dữ liệu nguồn mở, có thể truy cập toàn cầu (sẽ được lưu trữ trong DOE Cổng thông tin và lưu trữ dữ liệu gió). Dữ liệu đó có thể cung cấp cho các nhà phát triển trang trại gió hướng dẫn rất cần thiết về cách định vị các tua-bin gió để tối đa hóa quá trình sản xuất năng lượng của nhà máy. Những thiết kế nhà máy điện gió được cung cấp đầy đủ thông tin như vậy có khả năng tạo ra nhiều năng lượng hơn tới 5% (và cùng với đó là nhiều doanh thu hơn).

Sau khi AWAKEN kết thúc, Moriarty hy vọng sẽ thực hiện một chiến dịch thực địa quy mô lớn tương tự để vạch ra các hiệu ứng đánh thức trong nhà máy điện gió ngoài khơi — đặc biệt là thực vật nổi, có rất ít dữ liệu. Nhưng Moriarty cũng hy vọng sẽ cải thiện các công cụ thu thập dữ liệu của họ để cuối cùng tạo ra một bản đồ có độ phân giải cao hơn nữa về cách gió di chuyển qua các nhà máy điện gió.

“Chúng tôi đang tiến gần hơn,” Moriarty nói. Điểm dừng đầu tiên: Oklahoma.

Tìm hiểu thêm về thức dậy và NREL nghiên cứu năng lượng gió.

Bài báo được phép của Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia.

 

Đánh giá cao sự độc đáo của CleanTechnica? Xem xét trở thành một Thành viên, Người hỗ trợ, Kỹ thuật viên hoặc Đại sứ của CleanTechnica - hoặc một khách hàng quen trên Patreon.

 

 

---

quảng cáo  

---

---

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