Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y los Laboratorios Nacionales Sandia están buscando formas de maximizar las ventajas de los rotores a gran escala y su potencial para una mayor generación de energía. Su trabajo como parte del proyecto Big Adaptive Rotor (BAR) del DOE tiene como objetivo crear la próxima generación de turbinas eólicas terrestres con rotores de 206 metros, lo que aumentará los factores de capacidad en un 10 por ciento o más en comparación con una turbina terrestre típica.

Para poner esto en perspectiva, un rotor de esa magnitud mediría más de 225 yardas, o aproximadamente la longitud de dos campos de fútbol. Pero, ¿por qué son importantes los rotores de turbina de gran tamaño?

Las últimas décadas han visto reducciones sustanciales en el costo de la energía eólica en gran parte debido a los aumentos en el tamaño del rotor. Los aumentos en el tamaño del rotor en la misma potencia nominal de la máquina conducen a turbinas de baja potencia específica que pueden reducir el costo de la energía eólica al crear un área de barrido mayor que ayuda a las plantas de energía eólica a capturar la energía eólica de manera más consistente. así como acceder a velocidades de viento más altas a alturas elevadas. Pero la longitud y el peso de estas hojas crean ciencia, Ingenieria, logístico y desafíos de fabricación que actualmente impiden escalar las turbinas a tamaños que cumplen con el adagio, mas grande es mejor.

"El objetivo general de BAR es permitir a gran escala, turbinas de baja potencia específica para aplicaciones terrestres, "dijo Nick Johnson, ingeniero de investigación de NREL e investigador principal del proyecto BAR. "Para que esto suceda, tenemos que superar la fabricación, transporte, y desafíos logísticos con soluciones novedosas. Un área en la que podemos ayudar a habilitar esta tecnología es resolver las dificultades científicas y de ingeniería relacionadas con el diseño y la operación de palas grandes, delgadas y flexibles, desafíos relacionados con la dinámica de las palas. modelado, materiales cargando, y controles ".

Estos obstáculos de ciencia e ingeniería son el núcleo de un estudio reciente de NREL y Sandia. Los investigadores de BAR proporcionan evaluaciones de análisis cualitativo de los conceptos de rotor basados ​​en métricas de rendimiento y los desafíos de ciencia e ingeniería relacionados con cada concepto.

Por ejemplo, Las estrategias de reducción de peso pueden disminuir tanto la fatiga como la carga extrema en los álabes de la turbina que resultan en mayores cargas en los álabes y costos de mantenimiento. Conceptos como los controles aerodinámicos distribuidos permiten la reducción de peso al reducir las cargas últimas y de fatiga durante más tiempo, cuchillas más flexibles, pero introducir controles, fabricación, y problemas de confiabilidad. El análisis detallado de las ventajas y desventajas ayuda a los investigadores a comprender estas compensaciones e identificar dónde existen puntos de equilibrio para las distintas tecnologías.

Para ayudar a aclarar y articular mejor los obstáculos científicos y de ingeniería que enfrentan los posibles conceptos de turbinas, Los investigadores están utilizando los modelos de diseño de turbinas de NREL OpenFAST y el Modelo de Ingeniería y Diseño de Sistemas Integrados de Plantas Eólicas (WISDEM) para modelar el rendimiento de la turbina y las interacciones a nivel del sistema de la turbina.

A medida que los propietarios-operadores de plantas eólicas buscan mayores ingresos a partir de una reducción de energía mejorada, Las máquinas de baja potencia específica seguirán ganando popularidad debido a su capacidad para producir más electricidad durante más horas y estarán disponibles cuando más se necesite energía. A través de la iluminación de los desafíos científicos y de ingeniería subyacentes para rotores de turbinas más grandes, Los investigadores de BAR ayudan a hacer posible hoy las gigantescas turbinas eólicas terrestres del mañana.