Ветряная энергетика США и новый способ расчёта установки

Ветряная энергетика США и новый способ расчёта установки

Америка превращается в страну энергетических ветров. Практически каждые два с половиной часа в США возводится новая ветряная турбина. Статистика 2016 года показывает обеспечение энергетикой ветра на уровне 5,6% от всей произведенной электроэнергии в стране. Этот показатель вдвое превышает объёмы мощности, выработанной американским ветром в 2010 году. Однако о 100% потенциале говорить ещё преждевременно. Но разработки в этой области активно продолжаются.

Новый способ извлечения энергии ветра

Исследовательская группа Техасского университета Далласа (UT Dallas) разработала новый способ, позволяющий извлекать больше энергии ветра.

Инновационный подход обещает значительно увеличить производство энергии ветра с последующим увеличением выручки.

Численное моделирование, проведенное в TACC (Texas Advanced Computing Center), указывает на потенциальное увеличение до 6-7%.

Исследовательская группа полагает: увеличение на 1% ветряных электростанций в стране принесёт прибыль, эквивалентную $100 000000.

Таким образом, инновационная методика, в конечном счёте, позволит сэкономить до 600 млн. долларов, утрачиваемых на традиционной энергетике по всей стране.

В отрасли физики, известной как динамика флюидов, общий способ моделирования турбулентности заключается в большом вихревом моделировании. Несколько лет назад уже были созданы подобные модели.

Эти модели способны интегрировать физическое поведение в широком диапазоне масштабов длины – от турбинных роторов 100 метровой длины, до толщины кончиков лопастей в несколько сантиметров. Прогнозы мощности ветра даются с точностью расчёта суперкомпьютера.

Код имитации для испытания ветряных турбин

Американцы разработали код для имитации ветряных турбин, учитывая влияние между башней и гондолой (область, где размещены генераторные компоненты ветряной турбины) с ротором турбины.

Извечная  проблема разработчиков ветряков — помимо диапазона шкал длин, моделирование изменчивости ветра для конкретного региона в определенное время. Чтобы решить эту проблему, приходится выполнять сложные расчёты.

Специалисты США интегрировали собственный код с моделью метеорологических исследований и прогнозирования (WRF). Это одна из самых точных моделей прогнозирования погоды, разработанных в Национальном центре атмосферных исследований.

Используя собственные возможности моделирования, группа разработчиков протестировала алгоритмы управления, используемые для управления работой динамических систем на ветровых электростанциях.

Эти алгоритмы выстраивают систему, известную как управление поиском экстремума. Такой своеобразный безмодельный способ получения наилучшей производительности динамических систем, когда известны только часть эксплуатационных параметров.

Методика расчётов методом экстремума

При управлении экстремумом, система увеличивает и уменьшает скорость вращения лопасти вращающейся турбины, постоянно измеряя мощность и вычисляя градиент. Это повторяется до того момента, пока контроллер не найдет оптимальную рабочую скорость.

Важно то, что алгоритм управления не полагается на физическую модель. При эксплуатации реальной ветряной установки появляются масса неопределённостей.

Поэтому попросту невозможно смоделировать все события. Однако контроль экстремума позволяет найти оптимальный вариант, независимо от того, существует ли, к примеру, эрозия или обледенение лопастей. Этот метод надежный и работает, несмотря на все существующие неопределенности в системе.


По материалам: UT Austin


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *