Vorhersage des Windes mit dem Laser

Anonim
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Unter den erneuerbaren Energien ist die Photovoltaik der technologisch am weitesten fortgeschrittene Sektor, in dem die Forschung die Grenzen jeden Tag weiter verschiebt. Aber auch die Windenergie ist keine Ausnahme und die neuesten Forschungsergebnisse bestätigen, dass es auch in unerwarteten Bereichen Verbesserungspotential gibt.

LIDAR - Eines der Probleme bei Windkraftanlagen betrifft die Windrichtung, die von einem Moment zum nächsten die Richtung ändern kann, aus der sie bläst, was die Effizienz des Systems beeinträchtigt. Torben Mikkelsen vom dänischen nationalen Labor für nachhaltige Energie, Risø Dtu, hat den ersten Welttest einer Turbine mit einem Laser-Anemometer namens Lidar abgeschlossen. "Die Ergebnisse zeigen, dass mit diesem Instrument Windrichtung, Böen und Turbulenzen vorhergesagt werden können." Dank eines Systems, mit dem Sie die Neigung der Rotorpropeller schnell ändern können, wird in der Praxis die Position der Turbinen in Bezug auf die Windrichtung und -intensität immer angemessen gehalten. Auf diese Weise können Turbinen ihren Wirkungsgrad um 5% steigern und halten länger, bevor sie ausgetauscht werden. Das System ermöglicht vor allem den Einsatz längerer Propeller, die einen höheren Wirkungsgrad ermöglichen. Für 4-Megawatt-Anlagen bedeutet dies eine Gewinnsteigerung von über 26 Tsd. Euro pro Jahr. Laut der dänischen Energieagentur würden bis 2025 10% der Turbinen das Lidar-System mit intelligenten Propellern nutzen und die Kohlendioxidemissionen um 25.000 Tonnen / Jahr senken.

ABSTAND - Wie weit sollten die Turbinen in einem Windpark voneinander entfernt sein, damit die von ihnen verursachten Turbulenzen nicht die Effizienz der anderen beeinträchtigen? Charles Meneveau von der Johns Hopkins University und Johan Meyers von der Universität Leuven haben ein mathematisches Modell entwickelt, um den optimalen Abstand zu bestimmen: Die Pole müssen in einem Abstand von 15 Rotordurchmessern befestigt werden. Derzeit beträgt die Entfernung in Windparks jedoch durchschnittlich 7 Durchmesser. Die beiden Wissenschaftler präsentierten ihre Ergebnisse am 23. November auf einer Konferenz in Long Beach der Abteilung Fluiddynamik der American Physical Society.

OFFSHORE - Ein Bezugspunkt, der Abstand, der wichtig ist, wenn wir die nächste Entwicklung von Offshore-Windparks in einer Entfernung von mehr als 20 Kilometern von den Küsten betrachten. Tatsächlich, so die Experten des Orecca-Projekts (Offshore Renewable Energy Conversion Platforms Coordinated Action), das von der Europäischen Union finanziert wird und an dem 28 europäische Industrie- und Forschungszentren beteiligt sind, darunter vier Italiener, Offshore-Wind (zusammen mit Energie) Gezeiten und Meeresströmungen) ist technisch in der Lage, den gesamten zukünftigen Energiebedarf in Europa zu decken. Ein riesiges Potenzial, das jedoch einen Engpass aufweist, der durch die Effizienz des Kabeltransports der Offshore-Energie zum Festland gekennzeichnet ist. Das gleiche Problem, mit dem auch das Desertec-Projekt konfrontiert sein muss, sind die Solar-Mega-Anlagen, die in der Sahara positioniert werden sollen, um Photovoltaik-Energie in Europa zu liefern. Das beste Transportsystem, dh dasjenige, das auf langen Strecken die geringsten Energieverluste erleidet, basiert auf der Verwendung von Gleichstrom. Mit der Ausnahme, dass das gesamte europäische Hochspannungsnetz seit dem Ende des 19. Jahrhunderts auf Wechselstrom basiert, da es zu dieser Zeit die beste Technologie war, um Hochspannungsstrom mit den geringsten Verlusten zu transportieren. Die derzeitige Technologie ermöglicht jedoch bessere Ergebnisse mit Gleichstrom. Seit dem 1. September ist ein europäisches Projekt zur Erforschung der Reduzierung von Energieverlusten in Gleichstromstationen drei Jahre in Betrieb.

PROPELLERS - Wie bereits erwähnt, hängt der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage von den Windverhältnissen und dem Winkel ab. Nun wird aber auch die Windströmung an den einzelnen Propellern genau untersucht, um deren Leistung zu verbessern. Studien, die denen an Flugzeugflügeln teilweise ähnlich sind. Um den Luftwiderstand der Turbinenschaufeln und damit auch den von ihnen erzeugten Lärm zu verringern, analysierten sie an der Universität von Minnesota den Effekt kleiner Rillen von 40 bis 225 Mikrometer auf die Beschichtung der Propelleroberfläche und fanden ihn Effizienzsteigerung von 3% für eine 2, 5 MW-Turbine. Ähnliche Rillen, die in den Segeln der America's Cup-Boote und an den Airbus-Tragflächen verwendet wurden, haben zu einer Verringerung des Luftwiderstands um 6% geführt.

IN DER LUFT - Ein Windpark auf dem Boden, der möglicherweise aus Hunderten von Blättern besteht, hat zweifellos erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, insbesondere wenn er in einem bewohnten Gebiet oder mit einem hohen landschaftlichen Wert liegt. Was aber, wenn die Turbinen durch Ballons oder Drachen in der Luft schwebten und nur mit den Kabeln, die die erzeugte Energie auf den Boden bringen, am Boden verankert waren? Science-Fiction? Die NASA hat Machbarkeitsstudien dieser Systeme im Langley Research Center mit 100.000 US-Dollar für Turbinen in 600, 3 und 9.000 Metern Höhe finanziert. "Auf 600 Metern", erklärt Mark Moore, Luft- und Raumfahrtingenieur bei Langley, "ist die Windgeschwindigkeit dreimal schneller als am Boden. Und wir wissen, dass die Energieerzeugung proportional zum Würfel der Windgeschwindigkeit ist. In dieser Höhe ist es also 27-mal so hoch wie am Boden, in einer Höhe, in der die Winde konstanter sind. Wenn wir eine Turbine auf 9.000 Meter bringen könnten, in einem Strahl, der mit 240 km / h bläst, anstatt 500 Watt pro Quadratmeter Rotor, hätten wir 20-40.000 pro Quadratmeter und mit einer Intensität von 50 mal größer ». Der beste Ort, um schwimmende Turbinen aufzustellen, wäre Offshore, erklärt Moore, über 20 km von der Küste entfernt.

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LANDWIRTSCHAFT - Unter den Gegenständen gegen den Wind sind diejenigen, die behaupten, dass die Klingen nicht nur landwirtschaftliche Flächen besetzen, sondern auch die Ernte schädigen. Zwei neuere amerikanische Studien sagen etwas anderes. Der atmosphärenwissenschaftliche Professor Somnath Baidya Roy von der University of Illinois hat in einer Studie, die im Oktober in der Fachzeitschrift Pnas veröffentlicht wurde, gezeigt, dass das Klima in unmittelbarer Nähe von Windparks tagsüber etwas kühler und etwas kühler ist Nachts wärmer als in den umliegenden Gebieten. Laut Roy ist der Effekt auf die Vermischung der darüber liegenden Luftschichten aufgrund der Turbulenzen zurückzuführen, die von den Schaufeln erzeugt werden. In einer weiteren Studie von Gene Takle und Julie Lundquist von der University of Colorado, die am 16. Dezember auf dem Kongress der American Geophysical Union in San Francisco im Rahmen einer Analyse zum Anbau von Mais und Sojabohnen in zentralen Gebieten der Vereinigten Staaten vorgestellt wurde, Es wurde festgestellt, dass das von den Windkraftanlagen erzeugte Mikroklima die Ernte verbessert, da es Frühlings- und Herbstfröste verhindert und durch Verringern des Taus, der sich vor Sonnenuntergang abzusetzen beginnt, die Wirkung von auf den Blättern wachsenden pathogenen Pilzen verringert. Und selbst in der Höhe der Sommerhitze kann der Abfall von 2, 5 bis 3 Grad über den Ernten aufgrund der Turbulenzen aufgrund der Schaufeln den Unterschied für Maisgetreide ausmachen.

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