Lo que es bueno para uno no siempre es lo mejor para todos.

Las turbinas eólicas solitarias producen la mayor potencia cuando apuntan directamente al viento. Pero cuando líneas de turbinas compactas se enfrentan al viento en los parques eólicos, las estelas de los generadores de aguas arriba pueden interferir con los de aguas abajo. Como una lancha rápida frenada por el agua agitada de un bote en el frente, la estela de una turbina eólica reduce la producción de los que están detrás de ella.

Apuntar las turbinas un poco lejos del viento que se aproxima, lo que se denomina dirección de estela, puede reducir esa interferencia y mejorar tanto la cantidad como la calidad de la energía de los parques eólicos. y probablemente menores costos operativos, muestra un nuevo estudio de Stanford.

"Para cumplir los objetivos globales de generación de energía renovable, necesitamos encontrar formas de generar mucha más energía a partir de los parques eólicos existentes, "dijo John Dabiri, profesor de ingeniería civil y ambiental y de ingeniería mecánica y autor principal del artículo. "El enfoque tradicional ha estado en el rendimiento de turbinas individuales en un parque eólico, pero tenemos que empezar a pensar en la granja como un todo, y no solo como la suma de sus partes ".

Las estelas de turbina pueden reducir la eficiencia de los generadores a favor del viento en más del 40 por ciento. Previamente, Los investigadores han utilizado simulaciones por computadora para demostrar que la desalineación de las turbinas de los vientos dominantes podría aumentar la producción de turbinas aguas abajo. Sin embargo, mostrar esto en un parque eólico real se ha visto obstaculizado por los desafíos para encontrar un parque eólico dispuesto a detener las operaciones normales para un experimento y calcular los mejores ángulos para la turbina, hasta ahora.

Primero, el grupo de Stanford desarrolló una forma más rápida de calcular los ángulos de desalineación óptimos para turbinas, que describieron en un estudio, publicado el 1 de julio en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Luego, probaron sus cálculos en un parque eólico en Alberta, Canadá en colaboración con el operador TransAlta Renewables. La producción total de energía de la granja aumentó hasta en un 47 por ciento en velocidades de viento bajas, dependiendo del ángulo de las turbinas, y en un 7 a 13 por ciento en velocidades de viento promedio. La estela de dirección también redujo los reflujos y flujos de potencia que normalmente son un desafío con la energía eólica.

"A través de la estela de dirección, la turbina delantera produjo menos energía como esperábamos, "dijo el estudiante de doctorado en ingeniería mecánica Michael Howland, autor principal del estudio. "Pero descubrimos que debido a la disminución de los efectos de la vigilia, las turbinas aguas abajo generaron significativamente más energía ".

Variabilidad

La producción variable de los parques eólicos hace que la gestión de la red sea más difícil de dos formas importantes.

Uno es la necesidad de fuentes de alimentación de respaldo, como centrales eléctricas de gas natural y grandes, baterías caras. En el nuevo estudio, la mejora de potencia a bajas velocidades del viento fue particularmente alta porque las turbinas generalmente dejan de girar por debajo de una velocidad mínima, recortando la producción por completo y obligando a los administradores de la red a depender de la energía de respaldo. En vientos lentos, el control de estela redujo la cantidad de tiempo que las velocidades cayeron por debajo de este mínimo, los investigadores encontraron. Notablemente, las mayores ganancias fueron por la noche, cuando la energía eólica suele ser más valiosa como complemento de la energía solar.

La otra es la necesidad de igualar exactamente la cantidad de electricidad suministrada y utilizada en una región en todo momento para mantener la red confiable. La turbulencia del aire de las estelas puede hacer que la producción de un parque eólico sea errática minuto a minuto, un período de tiempo demasiado corto para encender un generador de gas. Esto hace que la adecuación de la oferta y la demanda sea más desafiante para los operadores del sistema a muy corto plazo. Tienen herramientas para hacerlo, pero las herramientas pueden resultar caras. En el estudio, Este volante redujo la variabilidad a muy corto plazo de la producción de energía hasta en un 72 por ciento.

Adicionalmente, Reducir la variabilidad puede ayudar a los propietarios de parques eólicos a reducir sus costos operativos. Las turbulencias en las estelas pueden tensar las palas de la turbina y aumentar los costos de reparación. Aunque el experimento no duró lo suficiente para demostrar que la dirección de estela reduce la fatiga de la turbina, los investigadores sugirieron que esto sucedería.

"La primera pregunta que nos hacen muchos operadores es cómo afectará esto a la salud estructural a largo plazo de sus turbinas, ", Dijo Dabiri." Estamos trabajando para identificar los efectos exactos, pero hasta ahora hemos visto que en realidad se puede disminuir la fatiga mecánica mediante la dirección estelar ".

Modelado y viabilidad a largo plazo

Para calcular los mejores ángulos de desalineación para este estudio, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo basado en datos históricos del parque eólico.

"El diseño de parques eólicos suele ser una tarea muy intensiva en datos y computacionalidad, "dijo Sanjiva Lele, profesor de aeronáutica y astronáutica, y de ingeniería mecánica. "En lugar de, establecimos representaciones matemáticas simplificadas que no solo funcionaron, sino que también redujeron la carga computacional en al menos dos órdenes de magnitud ".

Este cálculo más rápido podría ayudar a los operadores de parques eólicos a utilizar ampliamente el control de estela.

"Nuestro modelo es esencialmente plug-and-play porque puede utilizar los datos específicos del sitio sobre el rendimiento del parque eólico, Howland dijo:"Diferentes ubicaciones de granjas podrán utilizar el modelo y ajustar continuamente los ángulos de sus turbinas en función de las condiciones del viento".

Aunque los investigadores no pudieron medir un cambio en la producción anual de energía debido a la duración limitada de 10 días de esta prueba de campo, el siguiente paso, dijo Dabiri, es realizar pruebas de campo durante todo un año.

"Si podemos llegar al punto en que podamos implementar esta estrategia a gran escala durante largos períodos de tiempo, potencialmente podemos optimizar la aerodinámica, producción de energía e incluso uso de la tierra para parques eólicos en todas partes, "dijo Dabiri.