Дата публикации: 15.03.2019
Метки:

Источник: информация из открытых интернет-источников

Исследование "теневого" эффекта: что нового в нём для ветропарков

2019-03-15-36.jpeg

В вопросах оптимизации производства ветроэнергетических установок размер, что называется, имеет значение. При выработке электроэнергии более высокие башни, оснащённые длинными лопастями, способны, соответственно, «уловить» более сильные ветра. Тем не менее, размер ветряка является лишь одним из условий целого перечня важных факторов эффективности ветропарка. Удачный выбор места под строительство и размещение ветрогенератора на самой площадке также имеют определяющее значение. Но, по мнению исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, ветряки редко «хорошо взаимодействуют друг с другом».

То, как ветрогенераторы расположены друг относительно друга, имеет большое значение, когда речь идёт о максимизации генерации электроэнергии в рамках отдельно взятого проекта.

«Мы занимались проектированием ветроустановок для дальнейшего автономного использования, т.е. самих по себе, но ведь именно так они почти никогда не используются», – делится профессор направления технологии машиностроения Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Паоло Луццатто-Фегиз (Paolo Luzzatto-Fegiz) (Phys.org). Проектировщикам уже давно известно, что определённые расстояние между ветряками и схема их расположения на станции в целом могут снизить КПД и проектное значение вырабатываемой энергии ввиду влияния «теневого» эффекта (аэродинамического следа работы соседней ВЭУ). Оно заключается в том, что взаимодействие между ветром определённой скорости и ветрогенератором уменьшает ветровой эффект для тех ветряков, которые находятся позади первого.

Суть заключается в том, что первая ветроустановка создаёт лобовое сопротивление воздуха, которое снижает скорость ветра далее по направлению потока. В результате некоторое число ветроустановок на площадке будет работать с пониженной производительностью из-за слабого ветрового потока. Профессор Луццатто-Фегиз назвал это «уменьшением доходности от ветра». Иными словами, установив на площадку больше ветряков, можно создать условия для большего сопротивления и меньшей производительности.

Профессор Луццатто-Фегиз и его коллега из Кембриджского университета (Великобритания) Кольм-Килле Колфилд (Colm-cille P. Caulfield) заявили, что выходом может стать обеспечение высокоскоростного воздушного потока на каждую установку, направленного, к примеру, больше сверху, чем от ветряка к ветряку в горизонтальной плоскости. Хотя это проще сказать, чем сделать. Исследования показали, что разработка оптимальной компоновки ветроэлектростанции представляется сложной задачей, даже если прибегнуть к математическим моделям.

Исследователи из «Penn State Behrend» (прим.: студенческий городок при Университете штата Пенсильвания) и Тебризского университет (Иран) приняли брошенный им интеллектуальный вызов и приступили к разработке более проработанных вариантов размещения ветрогенераторов на ВЭС с помощью алгоритма, основанного на оптимизации с использованием биогеографических данных (англ. biogeographical-based optimization, сокр. BBO). Применение этого способа, основанного на оптимальном использовании окружающей среды, учитывает природные условия и то, как животные расселяются на конкретной местности.

«Путём создания математической модели на основе поведения животных исследователи смогут рассчитать условия для оптимального распределения объектов для иных задач, как то: взаимное расположение ветроэнергетических установок на территории ветропарка», – говорится в исследовании «Phys.org».

Метод BBO может показаться «притянутым за уши», но, по мнению исследователей, он сводит к минимуму число вычислений и при этом даёт более точные результаты. Помимо прочего исследователи включили в расчёты дополнительные переменные, «в их числе: данные действительного рынка, неровность поверхности – каждая из которых оказывает влияние на то, сколько энергии может отдать ветер, а также какое «количество ветра» приходится на каждую ветроустановку». Кроме того, алгоритм расчёта был дополнен метеорологическими данными и статистикой компаний-изготовителей оборудования. (Эти результаты опубликованы в журнале «Чистое производство» (Journal of Cleaner Production) за ноябрь 2018).

Если читатель по-прежнему не считает влияние спутной струи неблагоприятным, автор статьи рекомендует к прочтению недавний доклад, подготовленный «Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии» (англ. National Renewable Energy Laboratory, сокр. NREL), финансируемой Министерством энергетики США, и её организациями-партнёрами. В статье под названием «Затраты на устранение последствий от «теневого» эффекта для ветрогенераторов, существующие из-за неорганизованного развития ветроэнергетики», опубликованной в «Nature Energy», утверждается, что аэродинамический след от ветроэлектростанций был зафиксирован даже на расстоянии 25 миль (~ 40 км) от них. Кроме того, около 90 % всех ВЭС в США (по состоянию на 2016 г.) находились в радиусе менее 25 миль от другой ВЭС, что означает, что каждая из этих станций могла быть подвержена воздействию следа.

Весьма примечательным является установленный в ходе исследований факт наибольшего влияния «теневого» эффекта, возникающего при определённом направлении воздушного ветрового потока, а также ночью, когда средние температуры ниже. Чтобы продемонстрировать возможность прогнозирования и оценки влияния следа, возникающего от ВЭС, в исследовании использовалось моделирование атмосферы в сочетании с экономическим анализом и правовой экспертизой.

Обнадёживающие новости заключаются в том, что наиболее серьёзное воздействие на смоделированные в ходе исследования ветроэнергетические установки проявилось в менее чем 4 % всего времени. Это подчёркивает, что потери от «теневого» эффекта можно спрогнозировать и, соответственно, справиться с ними путём проведения надлежащего анализа и корректного размещения ветрогенераторов на площадке.

«Результаты проведённых исследований призывают к более вдумчивому размещению ветроэнергетического оборудования», – считает Джули Лундквист (Julie Lundquist), исследователь Университета Колорадо и ведущий автор данного исследования.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook
.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.