(신용: 돈 스니 고우 스키 / 플리커)
터빈을 다가오는 바람으로부터 약간 떨어진 곳에 위치 시키면 웨이크 - 스티어링 (wake-steering)이라고 불리며, 이러한 간섭을 줄이고 풍력 발전소의 전력량과 양을 향상시킬 수 있다고 연구 결과 밝혀냈다.
변경으로 인해 운영비도 절감 될 것입니다.
단독 바람 터빈은 바람을 직접 가리킬 때 가장 많은 힘을냅니다. 그러나 풍력 터빈의 밀집된 터빈 라인이 풍력 발전소의 바람에 직면 할 때, 상류 발전기의 후류는 하류 발전기의 후류를 방해 할 수 있습니다. 보트 앞에서 고르지 못한 물에 의해 속도가 느려지는 스피드 보트처럼, 풍력 터빈의 후류는 그 뒤에있는 사람들의 출력을 감소시킵니다.
스탠포드 대학의 토목 환경 공학 및 기계 공학 교수 인 존 다 비리 (John Dabiri)는 "재생 가능한 에너지 생성을위한 글로벌 목표를 달성하기 위해 기존 풍력 발전소에서 더 많은 에너지를 생산할 수있는 방법을 찾아야합니다. "전통적으로 풍력 발전기의 개별 터빈 성능에 중점을 두었습니다. 그러나 우리는 그 부분의 합계가 아닌 농장 전체를 생각해야합니다."
터빈 후류는 다운 윈드 발전기의 효율을 40 % 이상 감소시킬 수 있습니다. 이전에 연구자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 지배적 인 바람으로부터 터빈을 잘못 정렬하면 다운 스트림 터빈의 생산을 높일 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 실험을 위해 정상 작동을 중단하고 터빈의 최적 각도를 계산하려는 풍력 단지를 찾는 데는 어려움이있어 현재까지 풍력 발전 단지에서이를 보여주었습니다.
첫째, 연구원들은 터빈에 대한 최적의 오정렬 각도를 계산하는 더 빠른 방법을 개발했습니다. 과학 국립 아카데미의 절차.
그런 다음 운영자 인 TransAlta Renewables와 협력하여 캐나다 알버타의 풍력 발전소에서 계산을 테스트했습니다. 농장의 전반적인 출력은 터빈의 각도에 따라 낮은 풍속에서 47 퍼센트까지, 평균 풍속에서는 7에서 13까지 증가했습니다. 웨이크 스티어링은 또한 풍력 발전으로 인해 일반적으로 어려움을 겪고있는 힘의 쇠퇴 및 흐름을 감소 시켰습니다.
"웨이크 스티어링을 통해 프론트 터빈은 기대했던 것보다 적은 전력을 생산했습니다."라고 기계 공학 박사 학위 소지자 인 Michael Howland는 말합니다. "그러나 우리는 후류 효과가 감소했기 때문에 다운 스트림 터빈이 훨씬 더 많은 전력을 생산한다는 것을 알게되었습니다."
풍력 발전 개선
풍력 발전소의 가변적 인 출력은 두 가지 중요한 방식으로 그리드 관리를 더욱 어렵게 만듭니다.
하나는 천연 가스 화력 발전소와 크고 비싼 배터리 같은 백업 전원 공급 장치의 필요성입니다. 이 연구에서 터빈은 일반적으로 회전 속도가 최소 속도 이하로 떨어지면서 생산이 완전히 중단되고 그리드 관리자가 백업 전력에 의존해야하기 때문에 저 풍속에서의 전력 개선은 특히 높습니다. 느린 바람에서는 웨이크 스티어링 (wake-steering)이 속도가이 최소값 이하로 떨어지는 시간을 줄였습니다. 주목할 만하게, 가장 큰 이득은 야간에 있었는데, 풍력 에너지가 일반적으로 태양열을 보완하는 데 가장 중요했습니다.
다른 하나는 그리드를 신뢰할 수있게 유지하기 위해 매 순간 공급되는 전기량과 매 순간 사용되는 전기량을 정확히 일치시킬 필요가 있습니다. 웨이크로 인한 공기의 난기류로 인해 풍력 발전소가 분당 1 분 간격으로 불규칙하게 만들 수 있습니다. 이는 가스 발생기를 가동하기에는 너무 짧은 시간입니다. 이는 단기간에 시스템 운영자에게 수요와 공급을 매칭시키는 것을 더욱 어렵게 만듭니다. 그들은 그렇게 할 수있는 도구를 가지고 있지만 도구가 비쌀 수 있습니다. 이 연구에서 웨이크 스티어링 (wake steering)은 전력 생산의 매우 단기간의 가변성을 최대 72 퍼센트까지 줄였습니다.
또한 가변성을 줄이면 풍력 발전소 소유자는 운영비를 절감 할 수 있습니다. 후류의 난기류는 터빈 블레이드를 변형시키고 수리 비용을 높일 수 있습니다. 웨이크 스티어링이 터빈 피로를 감소 시킨다는 것을 증명할만큼 실험이 오래 지속되지 않았지만, 연구자들은 이것이 일어날 것이라고 제안했다.
"많은 사업자가 우리에게 요청하는 첫 번째 질문은 이것이 터빈의 장기적인 구조적 건강에 어떻게 영향을 미치는지에 관한 것입니다."라고 Dabiri는 말합니다. "우리는 정확한 효과를 정확히 찾아 내기 위해 노력하고 있지만, 지금까지 우리는 웨이크 스티어링을 통해 기계적 피로를 실제로 줄일 수 있다는 것을 알았습니다."
각도를 올바르게 얻는 법
이 연구에서 최적의 어긋남 각도를 계산하기 위해 연구원은 풍력 발전소의 과거 데이터를 기반으로 새로운 모델을 개발했습니다.
"풍력 발전소 설계는 대개 매우 데이터 및 계산 집약적 인 작업입니다."라고 항공 우주 및 우주 공학 및 기계 공학 교수 인 Sanjiva Lele은 말합니다. "대신, 우리는 단순한 수학적 표현을 수립 할뿐만 아니라 연산 부하를 최소 2 배 이상 줄였습니다."
이렇게 빠른 계산은 풍력 발전소 운영자가 후류 조향 장치를 널리 사용하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Howland는 "우리 모델은 윈드 팜 성능에 대한 사이트 별 데이터를 사용할 수 있기 때문에 플러그 앤 플레이 방식입니다. "다른 농장 위치는 모델을 사용하고 바람 조건에 따라 터빈 각도를 지속적으로 조정할 수 있습니다."
연구자들은이 필드 테스트의 제한된 10 일 지속 기간으로 인해 연간 전력 생산량의 변화를 측정 할 수 없었지만 Dabiri는 다음 해에 1 년 동안 현장 테스트를 실시 할 것이라고 말했습니다.
"장기간 동안이 전략을 대규모로 배치 할 수있는 시점까지 도달하면 공기 역학, 전력 생산 및 심지어는 모든 곳의 풍력 발전 단지를위한 토지 이용을 최적화 할 수 있습니다."라고 Dabiri는 말합니다.
연구 지원은 국립 과학 재단 (National Science Foundation), 스탠포드 대학원 원정대 (Stanford Graduate Fellowship), 스탠포드 (Stanford)의 지속 가능 에너지 연구 센터 (TomKat Center)에서 이루어졌습니다. 연구진은 TransAlta Corp와 공동으로 현장 테스트를 실시했다.
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