15.08.2019

Стэнфордское исследование показывает, как можно улучшить эффективность ветровых электростанций

Одиночные ветряные турбины производят наибольшую мощность энергии, если ветер направлен непосредственно на них. Но когда на ВЭС ветряки взаимодействуют с ветром, первые турбины в ряду могут мешать последующим. Ученые назвали это явление “турбулентным потоком”.

uaEnergy

96

0

Стэнфордское исследование показывает, как можно улучшить эффективность ветровых электростанций

Новое исследование, проведенное в Стэнфорде, показывает, что расположение турбин на небольшом расстоянии от встречного ветра уменьшает этот поток и улучшает как количество, так и качество энергии от ВЭС. Кстати, таким образом можно существенно снизить эксплуатационные расходы.

«Чтобы достичь поставленных целей в области производства возобновляемой энергии, нам нужно найти способы вырабатывать гораздо больше энергии из существующих ветряных электростанций», - говорит Джон Дабири, профессор гражданского и экологического машиностроения и старший автор статьи. «Главный акцент всегда делают на производительности отдельных турбин во всем ветропарке. Но вместо этого нам нужно начать думать о станции в целом, а не только об отдельных ее частях».

Турбулентные потоки могут снизить эффективность ветрогенераторов более, чем на 40%. Ранее исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы показать, что перемещение первых в ряду ветряков может увеличить эффективность последующих. Тем не менее, демонстрация этого проекта на реальной ветровой электростанции оказалась не так проста. Связаны трудности были с проблематичным поиском ВЭС, которая смогла бы прекратить нормальную работу для эксперимента.

Поэтому Стэнфордская группа разработала более быстрый способ вычисления оптимальных углов перемещения ветряков, который они и описали в исследовании, опубликованном 1 июля в журнале Национальной академии наук.

Затем они проверили свои расчеты на ветровой электростанции в Альберте, Канада, в сотрудничестве с оператором TransAlta Renewables. Общая выходная мощность станции увеличилась на 47% при низкой скорости ветра, в зависимости от угла поворота турбин, и на 7-13% при средней скорости

ВЭС в г. Альберта, Канада

Переменчивость ветра

Переменное направление ветра на ВЭС усложняет управление станцией по двум основным причинам.

Первая - появление необходимости в резервных источниках питания, таких как электростанции, работающие на природном газе и/или солнечные батареи. Ученые большое внимание уделили эффективному производству большого объема энергии при низкой скорости ветра. Дело в том, что ветряки обычно перестают вращаться при минимальном ветре, полностью прекращая производство энергии и вынуждая тем самым управляющих станцией полагаться на резервное питание. 

Другая проблема заключается в необходимости точно соответствовать требуемому количеству электроэнергии, поставляемой и используемой в регионе для гарантии надежности ВЭС. Сильные турбулентные потоки делают работу ветряной электростанции время от времени нестабильной. При сбое у операторов недостаточно времени для запуска газогенератора. В исследовании, управление турбулентным потоком уменьшило кратковременную переменчивость выработки электроэнергии до 72%.

Кроме того, снижение переменчивости поможет владельцам ветростанций снизить эксплуатационные расходы. Турбулентные потоки могут деформировать лопасти ветряка, повышая тем самым стоимость ремонта.

Моделирование и долговременная эффективность

Чтобы рассчитать лучшее направления поворота ветряков, исследователи разработали новую модель, основанную на ранних производственных данных станции.

«Проектирование ВЭС, как правило, является очень сложной задачей, требующей больших объемов данных и вычислительных ресурсов», - сказал Санджива Леле, профессор аэронавтики, космонавтики и машиностроения. «Вместо этого мы создали упрощенные, эффективные математические просчеты». Быстрое и легкое вычисление может помочь операторам ветряных электростанций применять в своей работе управление турбулентным потоком.

«Наша модель полностью готова к использованию, поскольку она применяет специфические данные о производительности ВЭС», - говорит Ховленд. «Различные станции смогут использовать нашу модель и постоянно регулировать направление своих ветряков в зависимости от направления ветра».

Хотя исследователи пока что не смогли измерить изменение годовой выработки электроэнергии из-за ограниченной 10-дневной продолжительности этого испытания, следующим шагом, по словам Дабири, является проведение более долгих испытаний, в течение всего года.

Комментарии 0

Написать комментарий