Investigadores de energía eólica del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. Se encuentran entre un equipo de autores que invitan a la comunidad científica a abordar tres desafíos que impulsarán la innovación necesaria para que la energía eólica se convierta en una de las principales fuentes mundiales de bajo costo. generación eléctrica.

Su llamado a la acción apareció en un nuevo artículo de revista publicado en Ciencias .

"La gente piensa que debido a que las turbinas eólicas han funcionado durante décadas, no hay margen de mejora. Y todavía, hay mucho más por hacer, ", dijo el investigador de NREL y coautor del artículo Paul Veers." La energía eólica tiene el potencial de ser una fuente primaria de energía de bajo costo para el mundo, pero no lo lograremos siguiendo la trayectoria habitual. Necesitamos que científicos e investigadores de todo el mundo se unan a nosotros para abordar los desafíos de la investigación eólica ".

En otoño de 2017, NREL convocó a más de 70 expertos en energía eólica que representan a 15 países para discutir un futuro sistema eléctrico donde la energía eólica podría satisfacer la demanda global de energía limpia. Basado en este taller, autores principales del artículo Veers, Eric Lantz, director de investigación del Grupo NREL, y Katherine Dykes de la Universidad Técnica de Dinamarca identificaron tres "grandes desafíos" en la investigación de la energía eólica que requieren un mayor progreso de la comunidad científica.

Primer gran desafío:mejor comprensión del recurso eólico y el flujo en la región de la atmósfera donde operan las plantas de energía eólica.

A medida que las turbinas eólicas aumentan en altura para capturar un mayor recurso energético y las plantas eólicas se extienden a mayores distancias, necesitamos comprender la dinámica del viento en estas elevaciones y escalas. El uso pasado de modelos físicos simplificados y tecnología de observación básica ha permitido la instalación de plantas de energía eólica y las predicciones del rendimiento en una variedad de tipos de terreno. Pero existen importantes lagunas en nuestro conocimiento de los flujos de viento en terrenos complejos o bajo condiciones variables de estabilidad atmosférica. El desafío es modelar esas diferentes condiciones para que la planta eólica pueda optimizarse, económico, y controlable, e instalado en la ubicación correcta.

Segundo gran desafío:abordar la dinámica estructural y del sistema de las máquinas rotativas más grandes del mundo.

Las turbinas eólicas son ahora las más grandes y flexibles, máquinas rotativas en el mundo, con longitudes de palas superiores a 80 metros y torres que se elevan muy por encima de los 100 metros. Para poner esto en perspectiva, tres de los aviones de pasajeros más grandes, Airbus A380-800s, podían caber de punta a punta dentro del área de barrido de un rotor de turbina eólica. A medida que las máquinas continúan creciendo, Se necesitan nuevos materiales y procesos de fabricación para abordar los problemas emergentes de escalabilidad. transporte, y reciclaje. Además, la intersección de la dinámica de las turbinas y la atmósfera plantea varias cuestiones de investigación importantes. Muchos supuestos simplificadores sobre los que se diseñaron las generaciones anteriores de aerogeneradores ya no se aplican. El desafío no radica solo en comprender la atmósfera, sino también para descifrar qué factores son críticos tanto en la eficiencia de la generación de energía como en la seguridad estructural.

Tercer gran desafío:diseñar y operar plantas de energía eólica para respaldar y fomentar la confiabilidad y resiliencia de la red.

Las altas penetraciones eólicas y solares cambiarán drásticamente las redes eléctricas del futuro. El viento puede proporcionar servicios de red esenciales, como el control de frecuencia, rampa y regulación de voltaje. Los controles innovadores podrían aprovechar los atributos de las turbinas eólicas para optimizar la producción de energía de la planta mientras se prestan estos servicios esenciales. Por ejemplo, El uso de técnicas de big data en la información de los sensores distribuidos en las máquinas de la planta podría mejorar la captura de energía. reducir el costo, y optimizar las operaciones para cumplir con los requisitos de la red. El camino hacia la realización de este futuro requerirá una investigación sustancial en las intersecciones de los modelos de flujo atmosférico, dinámica de turbinas individuales, y control de la planta eólica con la operación del sistema eléctrico más grande.

Estos grandes desafíos de la investigación eólica se complementan entre sí. Caracterizar la zona de operación de la planta de energía eólica en la atmósfera será esencial para avanzar en el diseño de la próxima generación de aerogeneradores de bajo costo aún más grandes. Comprender tanto el control dinámico de las máquinas como el pronóstico de la naturaleza del flujo atmosférico permitirá el control de la planta necesaria para el soporte de la red.

"Abordar estos desafíos adoptando un enfoque interdisciplinario de ciencia e ingeniería de la energía eólica conducirá a soluciones que mejoren el estado del arte en la producción de energía de las plantas eólicas, ", dijo el director de laboratorio asociado de NREL para ciencias de ingeniería mecánica y térmica y coautor del artículo, Johney Green." Este enfoque también proporciona las soluciones integradas necesarias para hacer avanzar todo el sistema, desde la turbina hasta la planta y la red eléctrica general, para convertirnos en listo para el sistema energético del futuro ".