(Kredit: Don Sniegowski / Flickr)
At pege turbiner lidt væk fra møde vind - kaldet wake-steering - kan reducere denne interferens og forbedre både mængde og kvalitet af strøm fra vindmølleparker, finder forskningen.
Ændringen vil sandsynligvis også sænke driftsomkostningerne.
Solitære vindmøller producerer mest kraft, når de peger direkte i vinden. Men når tætpakkede linjer med vindmøller vender mod vinden på vindmølleparker, kan vågne fra opstrøms generatorer forstyrre dem nedstrøms. Som en hurtigbåd, der er bremset med hakket vand fra en båd foran, reducerer kølvandet fra en vindmølle effekten af dem bag den.
”For at opfylde de globale mål for produktion af vedvarende energi er vi nødt til at finde måder at generere meget mere energi fra eksisterende vindmølleparker,” siger seniorforfatter John Dabiri, professor i civil- og miljøteknik og maskinteknik ved Stanford University. ”Det traditionelle fokus har været på ydelsen af individuelle møller i en vindmøllepark, men vi er i stedet nødt til at begynde at tænke på gården som helhed og ikke kun som summen af dens dele.”
Turbine vågner kan reducere effektiviteten af vindvindgeneratorer med mere end 40 procent. Tidligere har forskere brugt computersimuleringer for at vise, at forkert justering af turbiner fra de herskende vinde kunne øge produktionen af downstream-turbiner. Udfordringer med at finde en vindmøllepark, der er villig til at standse normale operationer til et eksperiment, og med at beregne de bedste vinkler for turbinen, har imidlertid været til hinder for at vise dette på en rigtig vindmøllepark - indtil nu.
For det første udviklede forskerne en hurtigere måde at beregne de optimale justeringsvinkler for turbiner, som de beskriver i Proceedings of National Academy of Sciences.
Derefter testede de deres beregninger på en vindmøllepark i Alberta, Canada i samarbejde med operatøren TransAlta Renewables. Gårdens samlede effekt er steget med op til 47 procent i lave vindhastigheder - afhængigt af turbinernes vinkel - og med 7 til 13 procent i gennemsnitlige vindhastigheder. Vækstyring reducerede også ebbs og strømme af strøm, der normalt er en udfordring med vindkraft.
”Gennem vågentyring producerede den forreste turbine mindre strøm, som vi forventede,” siger hovedforfatter Michael Howland, en ph.d.-studerende i maskinteknik. ”Men vi fandt, at på grund af nedsatte vågneffekter genererede downstream-turbinerne betydeligt mere strøm.”
Forbedring af vindmølleparker
Variabel produktion fra vindmølleparker gør styring af nettet vanskeligere på to vigtige måder.
Den ene er behovet for backup-strømforsyninger, ligesom naturgasfyrede kraftværker og store, dyre batterier. I undersøgelsen var effektforbedringen ved lave vindhastigheder særlig høj, fordi turbiner typisk holder op med at dreje under en mindste hastighed, skære produktionen helt ned og tvinger netledere til at stole på sikkerhedskopiering. I langsom vind reducerede vågentyring den tid, hvor hastighederne faldt under dette minimum, fandt forskerne. Især var de største gevinster om natten, hvor vindenergi typisk er mest værdifuld som et supplement til solenergi.
Det andet er behovet for at matche nøjagtigt den mængde strøm, der leveres og bruges i en region hvert øjeblik for at holde nettet pålideligt. Luftturbulens fra vågne kan gøre vindmølleparkens produktion uregelmæssig minut for minut - en periode, der er for kort til at affyre en gasgenerator. Dette gør matchende udbud og efterspørgsel mere udfordrende for systemoperatører på meget kort sigt. De har værktøjer til at gøre det, men værktøjerne kan være dyre. I undersøgelsen reducerede vågentyring den meget kortvarige variation i kraftproduktionen med op til 72 procent.
Derudover kan reduktion af variationer hjælpe vindmølleparksejere med at sænke deres driftsomkostninger. Turbulens i vågner kan belaste turbineblade og øge reparationsomkostningerne. Selvom eksperimentet ikke varede længe nok til at bevise, at styring af vågner mindsker mølletræthed, antyder forskerne, at dette ville ske.
”Det første spørgsmål, som mange operatører stiller os, er, hvordan dette vil påvirke den langsigtede strukturelle sundhed på deres turbiner,” siger Dabiri. ”Vi arbejder på at kortlægge de nøjagtige effekter, men indtil videre har vi set, at du rent faktisk kan mindske mekanisk træthed gennem vågentyring.”
At få vinklerne rigtige
For at beregne de bedste forskydningsvinkler for denne undersøgelse udviklede forskerne en ny model baseret på historiske data fra vindmølleparken.
”At designe vindmølleparker er typisk en meget data og beregningsintensiv opgave,” siger Sanjiva Lele, professor i luftfart og astronautik og maskinteknik. ”I stedet etablerede vi forenklede matematiske repræsentationer, der ikke kun fungerede, men også reducerede beregningsbelastningen med mindst to størrelsesordener.”
Denne hurtigere beregning kan hjælpe vindmølleoperatører med at bruge vågentyring bredt.
”Vores model er i det væsentlige plug-and-play, fordi den kan bruge de stedspecifikke data om vindmølleparkens ydeevne,” siger Howland. ”Forskellige landbrugssteder vil kunne bruge modellen og kontinuerligt justere deres turbinevinkler baseret på vindforhold.”
Selvom forskerne ikke var i stand til at måle en ændring i den årlige kraftproduktion på grund af den begrænsede 10-dages varighed af denne feltforsøg, er det næste trin, siger Dabiri, at køre feltforsøg i et helt år.
”Hvis vi kan komme til det punkt, hvor vi kan implementere denne strategi i stor skala i lange perioder, kan vi potentielt optimere aerodynamik, kraftproduktion og endda arealanvendelse til vindmølleparker overalt,” siger Dabiri.
Støtte til forskningen kom fra National Science Foundation, et Stanford Graduate Fellowship og Stanfords TomKat Center for Sustainable Energy. Forskerne udførte feltforsøg i samarbejde med TransAlta Corp.
kilde: Stanford University
Relaterede bøger
Nedtrapning: Den mest omfattende plan, der nogensinde er blevet foreslået til at vende global opvarmning
af Paul Hawken og Tom Steyer
I lyset af udbredt frygt og apati er en international koalition af forskere, fagfolk og forskere mødtes for at tilbyde et sæt realistiske og dristige løsninger på klimaforandringer. Hundrede teknikker og fremgangsmåder er beskrevet her - nogle er velkendte; nogle du måske aldrig har hørt om. De spænder fra ren energi til at uddanne piger i lande med lavere indkomst til praksis i landbruget, der trækker kulstof ud af luften. Løsningerne findes, er økonomisk levedygtige, og samfund overalt i verden vedtager i øjeblikket dem med dygtighed og beslutsomhed. Fås på Amazon
Design af klimaløsninger: En politikvejledning til lav-kulstofenergi
af Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Da virkningerne af klimaændringerne allerede er over os, er behovet for at reducere de globale drivhusgasemissioner intet mindre end presserende. Det er en skræmmende udfordring, men teknologierne og strategierne til at imødekomme den findes i dag. Et lille sæt energipolitikker, der er designet og implementeret godt, kan sætte os på vejen mod en fremtid med lav kulstofemission. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken skal være fokuseret og omkostningseffektiv. One-size-fits-all-tilgange får simpelthen ikke jobbet gjort. Politiske beslutningstagere har brug for en klar, omfattende ressource, der skitserer de energipolitikker, der har størst indflydelse på vores klimafremtid, og beskriver, hvordan disse politikker skal designes godt. Fås på Amazon
Dette ændrer alt: kapitalisme vs. klima
af Naomi Klein
In Dette ændrer alt Naomi Klein hævder, at klimaforandringer ikke kun er et andet spørgsmål, der skal indbringes pænt mellem skatter og sundhedsvæsen. Det er en alarm, der opfordrer os til at løse et økonomisk system, der allerede svigter os på mange måder. Klein bygger omhyggeligt sagen for, hvor massivt at reducere vores drivhusemissioner er vores bedste chance for samtidig at mindske gabende uligheder, forestille os vores ødelagte demokratier og genopbygge vores slanke lokale økonomier. Hun udsætter den ideologiske desperation af klimaændringsnægterne, de messianske vrangforestillinger fra de ville være geoengineers og den tragiske nederlag fra for mange mainstream grønne initiativer. Og hun demonstrerer netop, hvorfor markedet ikke har - og ikke kan - løse klimakrisen, men i stedet forværre tingene med stadig mere ekstreme og økologisk ødelæggende udvindingsmetoder ledsaget af voldsom katastrofekapitalisme. Fås på Amazon
Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.
