(Credit: Don Sniegowski / Flickr)
Windturbines enigszins weg van tegemoetkomende wind, de zogenoemde wake-steering, kan die storing verminderen en zowel de kwantiteit als de kwaliteit van de energie van windparken verbeteren, vindt onderzoek.
De wijziging zou waarschijnlijk ook de bedrijfskosten verlagen.
Solitaire windturbines produceren het meeste vermogen wanneer ze rechtstreeks in de wind wijzen. Maar wanneer strak opeengepakte turbines voor de wind staan op windparken, kunnen ontwakingen van stroomopwaartse generatoren de stroomafwaartse verstoringen verstoren. Als een speedboot vertraagd door schokkerig water van een boot aan de voorkant, vermindert het zog van een windturbine de output van degenen die erachter staan.
"Om de wereldwijde doelstellingen voor de opwekking van hernieuwbare energie te halen, moeten we manieren vinden om veel meer energie te genereren uit bestaande windparken", zegt senior auteur John Dabiri, hoogleraar civiele en milieutechniek en van werktuigbouwkunde aan de Stanford University. "De traditionele focus lag op de prestaties van individuele turbines in een windmolenpark, maar we moeten in plaats daarvan gaan nadenken over de boerderij als geheel en niet alleen als de som van zijn onderdelen."
Turbine-wakes kunnen de efficiëntie van downwind-generatoren met meer dan 40 procent verminderen. Eerder hebben onderzoekers computersimulaties gebruikt om aan te tonen dat niet-uitlijnende turbines van de heersende winden de productie van stroomafwaartse turbines kunnen verhogen. Uitdagingen bij het vinden van een windpark die bereid zijn om normale operaties voor een experiment stop te zetten en bij het berekenen van de beste hoeken voor de turbine, hebben dit echter tot nu toe op een echt windpark verhinderd.
Ten eerste ontwikkelden de onderzoekers een snellere manier om de optimale uitlijningshoeken voor turbines te berekenen, die ze beschrijven Proceedings van de National Academy of Sciences.
Vervolgens testten ze hun berekeningen op een windpark in Alberta, Canada in samenwerking met exploitant TransAlta Renewables. Het totale vermogen van de boerderij steeg met tot wel 47 procent bij lage windsnelheden - afhankelijk van de hoek van de turbines - en met 7 naar 13 procent in gemiddelde windsnelheden. Wake steering reduceerde ook de ebbs en vermogensstromen die normaal een uitdaging vormen met windenergie.
"Door waaksturing produceerde de turbine aan de voorkant minder vermogen zoals we verwacht hadden", zegt hoofdauteur Michael Howland, een doctoraatsstudent in de machinebouw. "Maar we ontdekten dat de downstream-turbines vanwege de verminderde wekeffecten aanzienlijk meer vermogen genereerden."
Verbetering van windparken
Variabele output van windparken maakt het beheer van het net op twee belangrijke manieren moeilijker.
Een daarvan is de behoefte aan back-upstroomvoorzieningen, zoals aardgasgestookte elektriciteitscentrales en grote, dure batterijen. In de studie was de krachtverbetering bij lage windsnelheden bijzonder hoog omdat turbines doorgaans stoppen met draaien onder een minimale snelheid, waardoor de productie volledig wordt verminderd en netbeheerders worden gedwongen te vertrouwen op back-upstroom. Bij langzame winden zorgde wake-steering ervoor dat minder tijd nodig was om snelheden onder dit minimum te laten zakken, aldus de onderzoekers. Met name de grootste winsten waren 's nachts, wanneer windenergie meestal het meest waardevol is als aanvulling op zonne-energie.
De andere is de noodzaak om elk moment de hoeveelheid geleverde elektriciteit aan te passen en in een regio te gebruiken om het netwerk betrouwbaar te houden. Luchtturbulentie door wakker worden kan de productie van windparken onregelmatig maken, minuut na minuut, een tijdsperiode die te kort is om een gasgenerator te ontsteken. Dit maakt het afstemmen van vraag en aanbod op de zeer korte termijn uitdagender voor systeembeheerders. Ze hebben tools om dit te doen, maar de tools kunnen duur zijn. In de studie verminderde wake-steering de zeer korte variabiliteit van de energieproductie tot wel 72 procent.
Bovendien kan het verminderen van de variabiliteit de eigenaars van windparken helpen om hun bedrijfskosten te verlagen. Turbulentie bij het ontwaken kan turbinebladen belasten en de reparatiekosten verhogen. Hoewel het experiment niet lang genoeg heeft geduurd om te bewijzen dat waaksturing turbinemoeheid vermindert, suggereren de onderzoekers dat dit zou gebeuren.
"De eerste vraag die veel exploitanten ons stellen, is hoe dit de structurele gezondheid op lange termijn van hun turbines zal beïnvloeden," zegt Dabiri. "We zijn bezig om de precieze effecten te bepalen, maar tot nu toe hebben we gezien dat je mechanische vermoeidheid kunt verminderen door wakker te sturen."
De hoeken goed krijgen
Om de beste hoeken van uitlijnfouten voor dit onderzoek te berekenen, hebben de onderzoekers een nieuw model ontwikkeld op basis van historische gegevens van het windpark.
"Het ontwerpen van windparken is typisch een zeer data- en rekenintensieve taak", zegt Sanjiva Lele, hoogleraar luchtvaart- en ruimtevaarttechniek en werktuigbouwkunde. "In plaats daarvan hebben we vereenvoudigde wiskundige voorstellingen opgesteld die niet alleen werkten, maar ook de rekenbelasting met ten minste twee orden van grootte verminderden."
Deze snellere berekening kan windparkbeheerders helpen wake-sturen op grote schaal te gebruiken.
"Ons model is in wezen plug-and-play omdat het de locatiespecifieke gegevens over de prestaties van windparken kan gebruiken", zegt Howland. "Verschillende locaties op de boerderij kunnen het model gebruiken en hun turbinehoeklijnen continu aanpassen aan de windomstandigheden."
Hoewel de onderzoekers een verandering in de jaarlijkse energieproductie niet konden meten vanwege de beperkte 10-dagduur van deze veldtest, is de volgende stap, zegt Dabiri, om veldtesten voor een heel jaar uit te voeren.
"Als we het punt kunnen bereiken waarop we deze strategie op grote schaal voor lange tijd kunnen inzetten, kunnen we potentieel aerodynamica, energieproductie en zelfs landgebruik voor windparken overal optimaliseren", zegt Dabiri.
Ondersteuning voor het onderzoek kwam van de National Science Foundation, een Stanford Graduate Fellowship en Stanford's TomKat Center for Sustainable Energy. De onderzoekers voerden veldtesten uit in samenwerking met TransAlta Corp.
Bron: Stanford University
Verwante Boeken
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
door Paul Hawken en Tom Steyer
In het licht van de wijdverspreide angst en apathie, is een internationale coalitie van onderzoekers, professionals en wetenschappers bij elkaar gekomen om een reeks realistische en gewaagde oplossingen voor klimaatverandering aan te bieden. Honderd technieken en werkwijzen worden hier beschreven - sommige zijn bekend; sommigen heb je misschien nog nooit van gehoord. Ze variëren van schone energie tot het opleiden van meisjes in lagere inkomenslanden tot landgebruikspraktijken die koolstof uit de lucht halen. De oplossingen bestaan, zijn economisch levensvatbaar, en gemeenschappen over de hele wereld voeren ze momenteel uit met vaardigheid en vastberadenheid. Beschikbaar op Amazon
Ontwerp van klimaatoplossingen: een beleidsgids voor koolstofarme energie
door Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Nu de gevolgen van klimaatverandering al voor ons zijn, is de noodzaak om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen terug te dringen niets minder dan urgent. Het is een enorme uitdaging, maar de technologieën en strategieën om eraan te voldoen, bestaan tegenwoordig. Een klein aantal goed ontworpen en geïmplementeerde energiebeleidslijnen kan ons op weg helpen naar een koolstofarme toekomst. Energiesystemen zijn groot en complex, dus het energiebeleid moet gericht en kosteneffectief zijn. One-size-fits-all benaderingen zullen de klus gewoon niet klaren. Beleidsmakers hebben een duidelijke, alomvattende bron nodig die het energiebeleid schetst dat de grootste impact zal hebben op onze klimaattoekomst, en beschrijft hoe dit beleid goed vormgegeven kan worden. Beschikbaar op Amazon
Dit verandert alles: Kapitalisme versus The Climate
door Naomi Klein
In Dit verandert alles Naomi Klein betoogt dat klimaatverandering niet alleen een kwestie is die netjes moet worden ingediend tussen belastingen en gezondheidszorg. Het is een alarm dat ons oproept om een economisch systeem te repareren dat ons op veel manieren al tekortschiet. Klein bouwt nauwgezet op hoe massaal onze uitstoot van broeikasgassen wordt teruggedrongen, is onze beste kans om tegelijkertijd gapende ongelijkheden te verminderen, onze gebroken democratieën opnieuw te verbeelden en onze uitgeholde lokale economieën weer op te bouwen. Ze legt de ideologische wanhoop bloot van ontkenners van klimaatverandering, de messiaanse waanideeën van de zogenaamde geo-ingenieurs en het tragische defaitisme van te veel mainstream groene initiatieven. En ze laat precies zien waarom de markt de klimaatcrisis niet-kan en niet-kan oplossen, maar in plaats daarvan de zaken erger zal maken, met steeds extremere en ecologisch schadelijke extractiemethoden, vergezeld door een ongebreideld rampzalig kapitalisme. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
