Als elke draai aan het wiel een revolutie is, dan is elke zwaai van een windturbineblad een kans. Dat is hoe onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) het potentieel zien voor exploitanten van windcentrales om het vastleggen van energie te vergroten met behulp van controles op fabrieksniveau. Door individuele turbines te ontwaken van stroomafwaartse turbines, bestaande faciliteiten kunnen, afhankelijk van de grootte en het ontwerp van de fabriek, een jaarlijkse energieproductiewinst van 1 tot 2 procent behalen.

Met financiering van het ministerie van Energie, NREL heeft het FLOw Redirection and Induction in Steady State (FLORIS)-model ontwikkeld om exploitanten van windcentrales te helpen bij het optimaliseren van turbine-interacties. Met deze open-sourcesoftware kunnen gebruikers controllers ontwerpen die de beste gierhoeken kunnen kiezen voor turbinewerking onder verschillende omstandigheden.

De afgelopen jaren is NREL-onderzoekers hebben verschillende kleinschalige campagnes uitgevoerd om FLORIS-voorspellingen te valideren. Studies met één en twee turbines in het National Wind Technology Centre van NREL in Boulder, Colorado, en de Scaled Wind Farm Technology (SWiFT)-faciliteit in Lubbock, Texas, bijgedragen aan FLORIS-updates. Een ander experiment met een enkele turbine in een commerciële offshore-faciliteit leverde aanvullende inzichten op in optimale configuraties.

"Er is geen gebrek aan interesse om deze aanpak toe te passen, " zei NREL Senior Engineer Paul Fleming, die het windparkcontroleonderzoek van het laboratorium leidt. "Maar voordat we controles op grote schaal kunnen zien, de industrie moet veldproeven zien die worden uitgevoerd in realistische omgevingen."

Om deze leemte op te vullen, Fleming en collega's hebben onlangs een onderzoek ontworpen om meer duidelijkheid te scheppen in onderzoek naar de controle van windinstallaties. Het team heeft een reeks detectieapparatuur ingebouwd, waaronder een lidar op de grond, meteorologische toren, en twee frisdranken - in een onderafdeling van het Peetz Wind Energy Center tijdens de 3 maanden durende veldstudie.

"Onze experimentele opstelling gebruikte specifieke instrumenten om extra datapunten te verzamelen, wat ons vermogen om de nauwkeurigheid van gesimuleerde voorspellingen te analyseren aanzienlijk heeft vergroot, ' zei Vlaming.

NREL heeft nu een vierde generatie FLORIS-software uitgebracht, die nauwkeurigheid en bruikbaarheidsverbeteringen heeft. Deze versie bevat een aanvullende weergave van de stromingsfysica waarin vooruitgang is opgenomen in het begrip van de aerodynamica van de zogbesturing. De software-engineers van NREL hebben ook een modulaire aanpak geïntroduceerd waarmee functies snel kunnen worden toegevoegd en een opnieuw ontworpen interface die onderzoekers meer controle geeft over simulaties.

Fleming en collega's hebben deel 1 van hun bevindingen van de veldproeven in het tijdschrift gepubliceerd Windenergiewetenschap . De auteurs identificeerden verschillende gebieden voor verbetering, zoals verfijningen in het ontwerp van dynamische controllers, tijd filteren, en onzekerheidskwantificering. Echter, ze melden dat de controller met succes de energieopvang bij stroomafwaartse turbines heeft verhoogd in overeenstemming met de voorspellingen van FLORIS.

"Gezien het feit dat een winst van 2 procent bij een typische windenergiecentrale van 300 megawatt (MW) $ 1 miljoen per jaar aan extra winst zou kunnen vertegenwoordigen, het is geen verrassing dat de industrie brede interesse toont in het implementeren van geoptimaliseerde controles, ' zei Vlaming.