Lądowe i morskie turbiny wiatrowe muszą pracować z jak największą wydajnością, aby zmaksymalizować ilość wytwarzanej energii. Obecnie metody stosowane do optymalizacji wydajności farm wiatrowych koncentrują się głównie na wydajności poszczególnych turbin. Ale opracowano nowe, niedrogie technologie pomiaru wiatru, które mogą pomóc w poprawie wydajności wielu turbin wiatrowych na dużych farmach wiatrowych.

Optymalizacja farm wiatrowych wspomagana czujnikami (SAWOP) umożliwi lepsze monitorowanie napływającego strumienia wiatru za pomocą anemometrów wirnikowych i systemów LiDAR gondoli. Na podstawie analizy danych z czujników można opracować strategie poprawy wydajności energetycznej całej farmy wiatrowej.

Demonstracja technologii

- Jednym z głównych punktów analizy jest określenie ustawienia wirnika względem kierunku wiatru, tzw. yaw alignment. Wyniki posłużą do określenia wydajności farmy wiatrowej i samych czujników w warunkach swobodnego strumienia i falowania – mówił ekspert Koen Hermans z TNO.
Systemy pomiarowe pola wiatrowego

– Naszym pierwszym miejscem testowym jest lądowa farma wiatrowa Klim Fjordeholme w Danii, której operatorem jest Vattenfall. Składa się ona z 21 turbin Siemensa o mocy 3,2 MW każda i średnicy wirnika 113 m. Ponieważ farma wiatrowa znajduje się blisko wybrzeża, warunki są porównywalne z morskimi farmami wiatrowymi. Ponadto ma tę praktyczną zaletę, że jest łatwiejszy dostęp do turbin – mówił Nick Jans kierownik zespołu farmy wiatrowej  w Nabla Wind Hub, na której jest przeprowadzana kampania pomiarowa.

– Duża różnica między tymi dwoma systemami polega na tym, gdzie mierzony jest wiatr: na turbinie czy setki metrów przed turbiną – dodał kierownik.

Profilujący LiDAR skanuje przychodzące pole wiatru i służy jako punkt odniesienia. Osiem turbin wyposażono w anemometry iSpin spinner oraz zainstalowano dwa skierowane do przodu LiDARy gondolowe różnych producentów. W trakcie kampanii te urządzenia są wymieniane, tak aby można było porównać wyniki każdego z nich w tym samym miejscu. Wreszcie, skanujący LiDAR wykonuje mapy warunków aerodynamicznych, które zostaną wzbogacone o algorytm rekonstrukcji pola wiatru. Szczególną uwagę poświęca się kalibracji wszystkich czujników zgodnie z najnowszymi standardami, aby zapewnić obiektywny pomiar wydajności turbiny i czujnika.

Zmniejszanie efektu wake

Aby zoptymalizować wydajność całej farmy wiatrowej, badany jest również wpływ efektu "wake".

– Łopaty turbiny tworzą wiry za wirnikiem, które mogą wpływać na wydajność innych turbin w farmie wiatrowej. Nazywa się to efektem wake. Jeśli skierujemy przednią turbinę w mniej korzystne położenie względem wiatru, jej wydajność spadnie, ale turbina za nią może produkować więcej energii, ponieważ efekt wake zmniejszył się. Modele ekonomiczne i techniczne uwzględniają dodatkowe zużycie i możliwe skrócenie okresu eksploatacji turbin – wyjaśniał Koen Hermans.

– Chodzi o to, aby kontrolować ustawienia dla całej farmy wiatrowej, a nie tylko dla poszczególnych turbin, aby uzyskać optymalny wynik – zgodził się ze stwierdzeniem Hermansa, Jan Coelingh, główny inżynier zasobów wiatrowych w Vattenfall.

Poprawa wydajności

– Łącznie, pomiary te dostarczają nam unikalnego zestawu danych do oceny wydajności czujników w warunkach swobodnego strumienia i wzbudzenia. Na podstawie ewentualnych braków w wydajności można opracować zoptymalizowane ustawienia sterowania. W końcowej fazie projektu zostaną zbadane innowacyjne strategie sterowania dla farm wiatrowych. Oczekuje się, że informacje uzyskane z zastosowanych czujników pozwolą na poprawę osiągów poprzez zastosowanie sterowania farmą wiatrową – dodał Coelingh.

Celem tego projektu jest wykazanie, że całkowita wydajność energetyczna dużych farm wiatrowych może zostać zwiększona dzięki zastosowaniu zaawansowanych urządzeń pomiarowych i związanych z nimi zaawansowanych strategii sterowania. Wyniki tego projektu wniosą cenny wkład w międzynarodową standaryzację oceny wydajności przy użyciu tych nowych technologii czujników.

Kolejnym wymiernym rezultatem jest stworzenie unikalnej bazy danych pomiarowych. Dzięki tej bazie danych partnerzy projektu uzyskają wgląd w przepływ wiatru na działającej farmie wiatrowej, wydajność turbin oraz skuteczność systemów monitorowania.

– Modele obliczeniowe i inżynieryjne do oceny zasobów wiatru oraz modelowania zjawisk aerodynamicznych są stale rozwijane i udoskonalane. Szeroko zakrojona kampania pomiarowa w ramach projektu SAWOP zapewnia unikalny zbiór danych do walidacji tych modeli – dodał Jasper Kreeft, starszy kierownik ds. wydajności farm wiatrowych w Shell.

Źródło: topsectorenergie.nl; spotlight project