Vědci našli způsob, jak zvýšit výkon větrných elektráren pouhou aktualizací softwaru
Prakticky všechny větrné turbíny, které vyrábějí více než 5 % světové elektřiny, jsou řízeny jako samostatné jednotky. Přesto je naprostá většina z nich součástí větších větrných farem, které zahrnují desítky nebo dokonce stovky turbín, které se mohou vzájemně ovlivňovat. Inženýři z MIT a dalších institucí zjistili, že bez nutnosti nových investic do zařízení lze zvýšit energetický výkon takových větrných farem modelováním proudění větru v celém soustrojí turbín a optimalizací řízení jednotlivých jednotek.
Zvýšení energetického výkonu daného zařízení se může zdát malé, a to pouze asi 1,2 až 3 procenta při optimální rychlosti větru. Algoritmus však lze nasadit na jakékoli větrné farmě, jejichž počet rychle roste. Pokud by se toto zvýšení energie o 1,2 % vztahovalo na všechny stávající větrné farmy na světě, odpovídalo by to přidání více než 3 600 nových větrných turbín, což by stačilo k napájení přibližně 3 milionů domácností, jak píše server MIT.
Celkový zisk pro výrobce elektřiny by podle výzkumníků činil téměř 1 miliardu dolarů ročně, v přepočtu cca 22 miliard Kč. A to vše v podstatě bez jakýchkoli nákladů. Turbíny ve větrných elektrárnách jsou záměrně rozmístěny blízko sebe, aby se lépe využila půda a infrastruktura. Tato blízkost znamená, že turbíny jsou často silně ovlivňovány turbulentními brázdami, které vytvářejí jiné turbíny umístěné proti větru.
„Z hlediska fyziky proudění je umístění větrných turbín blízko sebe ve větrných elektrárnách často to nejhorší, co můžete udělat,“ říká Michael F, spoluautor studie. Ideálním přístupem k maximalizaci celkové výroby energie by bylo umístit je co nejdále od sebe, ale to by zvýšilo související náklady. Howland a jeho kolegové proto vyvinuli nový model proudění, který předpovídá výrobu energie každé turbíny na farmě v závislosti na dopadajícím větru a strategii řízení každé turbíny.
Přestože je model založen na fyzikálních vlastnostech proudění, spoléhá se na provozní údaje větrných farem, aby se snížila chyba předpovědi a nejistota. Aniž by se cokoli změnilo na fyzickém umístění turbín a hardwarových systémech stávajících větrných elektráren, výzkumníci použili fyzikální modelování založené na údajích o průtoku větrnou elektrárnou a výsledné produkci energie každé turbíny za různých větrných podmínek, aby našli optimální orientaci každé turbíny v daném okamžiku. To jim umožňuje maximalizovat výkon celé farmy, nejen jednotlivých turbín.
Každá turbína dnes neustále snímá směr a rychlost větru a pomocí svého vnitřního řídicího softwaru nastavuje úhel otáčení (vertikální osu) tak, aby co nejlépe vyhovoval větru. V novém systému však tým zjistil, že například při nepatrném natočení jedné turbíny z její vlastní polohy pro maximální výkon (i když jen o 20 stupňů) výsledné zvýšení výkonu jedné nebo více následujících jednotek ve směru větru více než kompenzuje mírné snížení výkonu první jednotky.
Použitím centralizovaného řídicího systému, který zohledňuje všechny tyto interakce, se výkon turbínového pole zvýšil v některých podmínkách až o 32 %. Při několikaměsíčním experimentu na skutečné větrné farmě v Indii dosáhl systém průměrného zvýšení výroby energie o 1,2 % za celé testovací období při všech rychlostech větru a o 3 % při rychlostech mezi 6 a 8 metry za sekundu.
Zdroj: mit.edu, nature.com