(Luotto: Don Sniegowski / Flickr)
Turbiinien osoittaminen hieman vastapäätä tulevaa tuulta - jota kutsutaan herätysohjaukseksi - voi vähentää häiriöitä ja parantaa sekä tuulipuistojen energian määrää että laatua, tutkimus toteaa.
Muutos todennäköisesti alentaa myös käyttökustannuksia.
Yksinäiset tuuliturbiinit tuottavat eniten virtaa suoraan tuulen suuntaan. Mutta kun tiiviisti pakatut turbiinilinjat kohtaavat tuulta tuulipuistoissa, ylävirran generaattorien herätteet voivat häiritä alavirtaan suuntautuvia. Kuten moottorivene, jota hidastaa edessä olevasta veneestä peräisin oleva vesisäiliö, kuten tuuliturbiinin aiheuttama häiriö vähentää sen takana olevien tuottavuutta.
"Jotta uusiutuvan energian tuotantoon liittyvät globaalit tavoitteet voidaan saavuttaa, meidän on löydettävä tapoja tuottaa paljon enemmän energiaa olemassa olevista tuulipuistoista", sanoo vanhempi kirjailija John Dabiri, Stanfordin yliopiston maa- ja vesitekniikan professori. "Perinteinen painopiste on ollut yksittäisten turbiinien suorittamisessa tuulipuistossa, mutta meidän on sen sijaan alkaa miettiä koko maatilaa eikä vain sen osien summana."
Turbiiniherätteet voivat vähentää myötätuulegeneraattoreiden tehokkuutta yli 40 prosenttia. Aikaisemmin tutkijat ovat käyttäneet tietokonesimulaatioita osoittaakseen, että turbiinien epäsäännöllinen kohdistaminen vallitsevien tuulien suhteen voisi nostaa alavirran turbiinien tuotantoa. Haasteet löytää tuulipuisto, joka haluaa pysäyttää normaalin toiminnan koetta varten, ja laskea turbiinin parhaat kulmat, ovat kuitenkin estäneet tämän näyttämisen oikealla tuulipuistolla - toistaiseksi.
Ensinnäkin tutkijat kehittivät nopeamman tavan laskea turbiinien optimaaliset poikkeamakulmat, joita he kuvaavat Proceedings of National Academy of Sciences.
Sitten he testasivat laskelmansa tuulipuistossa Albertassa, Kanadassa yhteistyössä operaattorin TransAlta Renewables kanssa. Maatilan kokonaisteho kasvoi jopa 47 prosenttia alhaisilla tuulennopeuksilla - turbiinien kulmasta riippuen - ja 7 - 13 prosenttia keskimääräisillä tuulen nopeuksilla. Herätysohjaus vähensi myös ilmavoimia ja voimavirtoja, jotka ovat normaalisti haaste tuulivoimalle.
"Wake-ohjauksen avulla etuturbiini tuotti vähemmän voimaa kuin odotimme", sanoo johtava kirjailija Michael Howland, koneenrakennuksen jatko-opiskelija. "Mutta huomasimme, että heikentyneiden herätysvaikutusten vuoksi alavirran turbiinit tuottivat huomattavasti enemmän tehoa."
Tuulipuistojen parantaminen
Tuulipuistojen muuttuva tuotanto vaikeuttaa verkon hallintaa kahdella tärkeällä tavalla.
Yksi on varavirtalähteiden, kuten maakaasukäyttöisten voimalaitosten ja suurten, kalliiden paristojen, tarve. Tutkimuksessa tehon parantuminen alhaisilla tuulennopeuksilla oli erityisen suurta, koska turbiinit lopettavat tyypillisesti pyöriä miniminopeuden alapuolella, leikkaavat tuotannon kokonaan ja pakottavat verkonhallinnan käyttäjiä luottamaan varavoimaan. Hitaassa tuulessa herätysohjaus vähensi aikaa, jonka nopeudet laskivat tämän minimin alapuolelle, tutkijat havaitsivat. Erityisesti suurimmat hyödyt olivat yöllä, jolloin tuulienergia on tyypillisesti arvokkain lisä aurinkovoimaan.
Toinen on tarve sovittaa tarkkaan alueella toimitetun ja käytetyn sähkön määrä joka hetki verkon pitämiseksi luotettavana. Herätyksistä johtuva ilmakehys voi tehdä tuulipuiston tuotannosta epätodennäköistä minuutti minuutilta - ajanjakso on liian lyhyt kaasugeneraattorin syttymiseksi. Tämä tekee tarjonnan ja kysynnän sovittamisesta haastavamman järjestelmäoperaattoreille hyvin lyhyellä aikavälillä. Heillä on työkalut siihen, mutta työkalut voivat olla kalliita. Tutkimuksessa herätysohjaus vähensi sähköntuotannon hyvin lyhytaikaista vaihtelua jopa 72 prosentilla.
Lisäksi vaihtelevuuden vähentäminen voi auttaa tuulipuistojen omistajia alentamaan käyttökustannuksiaan. Herätysten turbulenssi voi turbiinin siipiä rasittaa ja nostaa korjauskustannuksia. Vaikka kokeilu ei kestänyt tarpeeksi kauan todistaakseen, että herätysohjaus vähentää turbiinin väsymystä, tutkijoiden mukaan tämä tapahtuisi.
"Ensimmäinen kysymys, jonka monet operaattorit kysyvät meiltä, on miten tämä vaikuttaa heidän turbiiniensa pitkäaikaiseen rakenteelliseen terveyteen", Dabiri sanoo. "Pyrimme määrittämään tarkat vaikutukset, mutta toistaiseksi olemme havainneet, että voit todella vähentää mekaanista väsymystä herätysohjauksen avulla."
Kulmien saaminen oikein
Tämän tutkimuksen parhaiden väärinkulmien laskemiseksi tutkijat kehittivät uuden mallin, joka perustuu tuulipuiston historiallisiin tietoihin.
"Tuulipuistojen suunnittelu on tyypillisesti erittäin data- ja laskennallisesti intensiivinen tehtävä", sanoo ilmailun, astronautian ja konetekniikan professori Sanjiva Lele. "Sen sijaan perustimme yksinkertaistetut matemaattiset esitykset, jotka eivät vain toimineet, vaan myös laskivat laskennallista kuormitusta ainakin kahdella suuruusluokkaa."
Tämä nopeampi laskenta voisi auttaa tuulipuistojen käyttäjiä käyttämään herättävää ohjausta laajasti.
”Mallamme on pääosin plug-and-play -sovellus, koska se voi käyttää paikkakohtaisia tietoja tuulipuiston suorituskyvystä”, Howland sanoo. "Eri maatilojen sijainnit voivat käyttää mallia ja säätää jatkuvasti turbiinikulmaansa tuulen mukaan."
Vaikka tutkijat eivät pystyneet mittaamaan vuotuisen sähköntuotannon muutosta tämän kenttätestin rajoitetun 10-päivän keston vuoksi, Dabiri sanoo, että seuraava askel on kenttäkokeiden suorittaminen koko vuoden ajan.
"Jos pääset pisteeseen, jossa voimme ottaa tämän strategian käyttöön laajassa mittakaavassa pitkään, voimme optimoida aerodynamiikan, energiantuotannon ja jopa maankäytön tuulipuistoille kaikkialla", Dabiri sanoo.
Tutkimuksen tukea sai National Science Foundation, Stanford Graduate Fellowship ja Stanfordin kestävän energian TomKat-keskus. Tutkijat suorittivat kenttätestejä yhteistyössä TransAlta Corp.
Lähde: Stanfordin yliopisto
Liittyvät kirjat
Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi
Paul Hawken ja Tom Steyer
Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon
Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan
Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo kohdanneet, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä on kiireellistä. Se on pelottava haaste, mutta tekniikat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat olemassa tänään. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat viedä meidät polulle vähähiiliseen tulevaisuuteen. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yksi koko sopiva lähestymistapa ei yksinkertaisesti saa aikaan työtä. Päättäjät tarvitsevat selkeän, kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmastotulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon
Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto
kirjoittanut Naomi Klein
In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon
Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.
