Сильные энергичные потоки в нижних слоях атмосферы могут значительно улучшить производительность ветряной электростанции «при правильной высоте». Количество энергии, извлекаемой из низкоуровневого струйного потока, сильно зависит от того, работают ли ветровые турбины ниже, на той же высоте, что и низкоуровневая струя, или выше нее.
Как один из ведущих источников чистой и возобновляемой энергии, глобальные мощности ветроэнергетических установок увеличились более чем в пять раз за последнее десятилетие, что привело к появлению более крупных турбин и максимальному использованию ветряных технологий.
«Более крупные турбины работают в разных слоях атмосферы, в отличие от турбин меньшего размера, которые использовались 5-10 лет назад», - сказал Шриниди Гадде, один из авторов статьи в журнале «Возобновляемая и устойчивая энергия» AIP Publishing, в которой рассматривается влияние высоты турбин. «В таких масштабах местная метеорология и частые экстремальные сдвиговые явления могут повлиять на выработку электроэнергии».
Низкоуровневые струи, которые максимально увеличивают скорость ветра в нижних слоях атмосферы, являются одной из причин для беспокойства по поводу роста турбин. Эти сильные, энергичные ветряные потоки могут оказывать желаемое или вредное воздействие на турбины, в зависимости от того, насколько высоки ветряные потоки по отношению к турбинам.
«Простой способ думать о LLJ - это визуализировать их как «реки» с высокой скоростью или «потоки» ветра в атмосфере», - сказал Гадде.
При моделировании ветряной электростанции с сеткой турбин 4 на 10, Гадде и соавтор Ричард Стивенс рассмотрели три различных сценария, в которых LLJ находились выше, ниже и посередине роторов турбин.
Когда струи и турбины находились на одной и той же высоте, исследователи обнаружили, что передние ряды блокировали доступ ветра вниз по течению, что приводило к снижению выработки энергии в каждом последующем ряду. По сравнению с этим сценарием при равной высоте в других случаях наблюдался больший захват энергии вниз по течению, но с помощью разных механизмов.
Для сильных струй, турбулентность, создаваемая турбиной, притягивает ветер из верхних слоев атмосферы вниз к турбинам в процессе, называемом вертикальным нисходящим увлечением кинетической энергии, что приводит к большому объему выработки электроэнергии. Более удивительно, что при низком уровне струй происходит обратный процесс. Ветер с высокой скоростью из LLJ толкает вверх в турбину. Это ранее неизвестное явление авторы назвали «восходящим вертикальным захватом кинетической энергии».
Гадде надеется применить эту работу для стимулирования инноваций и функциональности с целью удовлетворения будущих потребностей в электроэнергии, что потребует еще более глубокого понимания таких событий, как LLJ, и дополнительных наблюдений за этими явлениями.
«Ожидается, что ветряная энергия, как одна из ведущих технологий возобновляемой энергетики, внесет важный вклад в ожидаемый рост производства возобновляемой энергии в ближайшие десятилетия», - сказал он.
Автором статьи «Влияние высоты струи на малых высотах на производительность ветряной электростанции» являются Шриниди Н. Гадде и Ричард Дж. Э. Стивенс.
