Больше электричества за меньшие деньги - вот цель проекта. В будущих ветровых электростанциях все системы должны контролироваться так, чтобы коллектив работал как можно больше и создавал низкие эксплуатационные расходы. «До сих пор ветряные турбины были эгоистичными», - говорит Йоханнес Шрайбер, научный сотрудник кафедры ветроэнергетики. «Каждый из них предназначен для обеспечения максимальной производительности в течение максимально длительного периода.» Однако это плохо сказывается на общей производительности. «Каждая система создает тени ветра и турбулентность, которые могут негативно влиять на соседние системы. Если вы хотите, чтобы ветряные электростанции работали максимально эффективно, вы должны сосредоточиться на общей картине ».
Затенение снижает эффективность
Сложное взаимодействие сил трудно уловить и еще труднее контролировать: каждый отдельный ротор влияет на движение воздуха, проходящего мимо него. Это замедляет их и вызывает турбулентность. Этот эффект затенения снижает производительность систем в подветренной части и в то же время деформирует материал. Мачты, лопасти ротора и генераторы, которые постоянно подвергаются воздействию турбулентных течений, быстрее устают. Ученые всего мира годами пытались свести к минимуму эффекты затенения, чтобы повысить эффективность ветряных электростанций.
Исследователи TUM теперь смогли показать в экспериментах, что эффекты затенения могут быть уменьшены с помощью интеллектуальной технологии управления: «Подход состоит в том, чтобы отклонять след, то есть проскальзывание, вызванное системой, так, чтобы он проходил через системы в подветренной части «Объясняет профессор Карло Боттассо, заведующий кафедрой ветроэнергетики в TUM. Его команда была награждена Баварской энергетической премией прошлой осенью за свою работу.
Миниатюрные модели испытаны в аэродинамической трубе
Но как оптимизировать движение воздуха на ветровой электростанции? «След от ветра можно отклонить, поворачивая ротор - при рыскании ветер больше не ударяет ротор спереди, а слегка сбоку», - объясняет Йоханнес Шрайбер. Чтобы выяснить, как различные настройки отдельных растений влияют на выход энергии целых ветропарков, ученые создали модели. Как и настоящие ветряные турбины, миниатюрные системы высотой 1,5 м имеют генераторы, приводы и двигатели для регулировки отдельных лопастей. Каждая модель также оснащена датчиками, которые определяют, какие силы действуют на различные компоненты.
Мюнхенские исследователи поехали в Милан с тремя из этих моделей в своем багаже. В Политехническом институте Милана (Политехнический институт Милана) имеется аэродинамическая труба, которая может масштабировать условия потока в нижних слоях атмосферы. «Здесь мы могли бы показать, что эффект затенения снижает выход электроэнергии», - сообщает Шрайбер.
Блок управления контролирует коллектив
На следующем этапе инженеры продолжили оптимизировать выработку энергии: они связали три модели с центральным блоком управления, который также был разработан на кафедре ветроэнергетики и действует как мозг ветровой электростанции. Этот контроль гарантирует, что коллектив ветряных турбин достигает наилучшего возможного результата - в отличие от обычной практики.
В экспериментах роторы, которые ветер сначала ударяет, автоматически противодействуют, и их след также отклоняется. Производительность возведенных систем будет снижаться, но потери будут более чем компенсированы - за счет увеличения выработки электроэнергии из систем на подветренной стороне. Они также будут менее подвержены стрессу из-за отклоненного следа, который увеличит срок службы систем. «Измерения в аэродинамической трубе впервые показали, что автоматическое управление ветровой электростанцией может значительно повысить производительность», - резюмирует Карло Боттассо.
Общеевропейский проект с крупномасштабными полевыми испытаниями
Теперь команда хочет использовать свое ноу-хау для разработки и тестирования интеллектуальной системы управления для ветряных электростанций в рамках проекта ЕС «Управление ветровыми электростанциями с замкнутым контуром» (Cl-Windcon) вместе с 13 другими партнерами из шести стран. В течение следующих трех лет ученые хотят оптимизировать автоматизированное управление ветропарком, а также провести его масштабные испытания в полевых условиях.