Алгоритми помагат на вятърните турбини да споделят вятъра и да бъдат по-ефективни

По време на демонстрация във ветроенергийния парк в Алберта турбина жертва една пета от генериращия си потенциал, за да даде възможност за по-добро представяне на съседните турбини, засилвайки колективната продукция на групата, пише IEEE Spectrum.

За подобна промяна в работата на турбините се изисква само малка настройка на техните системи за контрол, като по този начин съоръженията се научават да споделят вятъра.

Подобно на чадърите, хвърлящи сенки, въртящите се ротори във вятърния парк изпращат енергично изчерпани вълни, които могат да забавят турбините след тях. Получената загубена енергия може да достигне 10% или повече от годишното производство на електроенергия от вятърния парк. В Датската ветроенергийна централа Horns Rev тези загуби редуцират годишното производство на енергия с 20%. 

Доклад от Сборника на Националната академия на науките показва координирана схема на контрол за намаляване на загубите.

Нарича се „будно насочване“, тъй като роторите се завъртат леко встрани, за да може да отклонят преминаващото течение встрани от задните турбини.

Експериментите с моделирането и вятърните тунели показват, че в продължение на повече от десетилетие „будно насочване“ трябва да увеличи общата производителност, но е трудно да се тестват на вятърни централи според Джон Дабири, експерт по механика на флуидите от Станфорд. Разбира се, производителите на вятърна енергия не са склонни да рискуват да загубят приходи по време на тест или, още по-лошо, да повредят турбините за няколко милиона долара, като ги поставят леко извън обсега.

Базираната в Калгари компания TransAlta Renewables се съгласява да тества технологията, като през октомври 2018 г. тя предоставя шест вятърни турбини във ветроенергийния парк Summerview 1 в Пинчър Крийк, Алберта, на разположение на екипа на Дабири.

Турбините са разположени срещу силните югоизточни ветрове на Пинчър Крийк. Но през лятото и есента ветровете също могат да духат и от северозапад, насочени право надолу по плътно набраздените редове турбини.

За да определи най-добрия ъгъл на отклонение за своя експеримент, екипът от Станфорд изучава данните за последните пет години относно скоростта на вятъра, посоката на вятъра и генерирането на електроенергия от шестте тестови турбини към техния алгоритъм за оптимизация. Комбинирайки тези данни с простия модел на вятъра, алгоритъмът предвижда, че отклонението на всяка от петте турбини нагоре по 20 градуса на север ще увеличи максимално генерирането на групата от северозападните ветрове.

Всички търговски турбини са програмирани винаги да въртят роторите си срещу вятъра. Залагането на нов ъгъл изисква само няколко дни кодиране на повечето съвременни турбини, посочва Дабири, добавяйки, че това не е опция за сравнително гъвкавите системи за управление, които работят в Пинчър Крийк. Екипът на Дабири извършва това ръчно.

Резултатът – значително увеличаване на мощностите след промяната на ъгъла. Производството на електроенергия отчита ръст от 13% при северозападните ветрове, които духат във вятърния парк при средна скорост от 7-8 метра в секунда. Регулацията има още по-голямо въздействие при по-бавните северозападни ветрове чрез намаляване на времето, когато вятърът достига турбините под прага от 5 метра в секунда, при който те автоматично се изключват. За ветровете със скорост между 5 и 6 метра в секунда, „будно насочване“ повишава производството на енергия с до 47%.

Дабири посочва, че в своето търговско въплъщение методът трябва да даде още по-добри резултати чрез динамично регулиране на турбините въз основа на таблица с оптимални ъгли на наклона за всяка турбина при различни ветрови условия.

Националната лаборатория за възобновяема енергия на САЩ (NREL) планира едновременно да подобри собствените си алгоритми за управление и да ги тества на търговски ветропаркове.

Дабири прогнозира, че най-голямо въздействие върху управлението ще има при бъдещите инсталации. Въпреки че вятърните централи, инсталирани днес, са сред най-евтините източници на енергия, според Дабири процесът на декарбонизиране на икономиката през следващите десетилетия изисква умножаване на глобалния вятърен капацитет, който ще доведе до увеличаване на турбините във вятърните паркове.