Unia Europejska zamierza za 8 lat pozyskiwać 20% swojego zapotrzebowania na energię ze źródeł alternatywnych. Przekłada się to na silne wsparcie dla wykorzystywania energii wiatrowej w państwach członkowskich, w których farmy wiatrowe rozrastają się. Niemniej eksperci twierdzą, że farmy wiatrowe o wydajności ponad jednego gigawata - rozciągające się na dużych powierzchniach - spowalniają atmosferyczną warstwę graniczną (ABL), czyli najniższą część troposfery, co obniża ich sprawność. Finansowany ze środków unijnych projekt ACTIVEWINDFARMS ma rozwiązać ten problem.
ABL bezpośrednio odczuwa oddziaływanie powierzchni planety i powstaje turbulencja w warstwie granicznej powodowana wiatrem wiejącym nad jej powierzchnią i prądami termicznymi, które są wywoływane przez Słońce lub chmury. Turbulencja powoduje redystrybucję ciepła, wilgoci oraz ciągu wiatru w granicach warstwy. Niezrównoważenie systemu wpływa na komponenty pogody: siłę wiatru, temperaturę oraz jakość i wilgotność powietrza.
Projekt ACTIVEWINDFARMS (Aktywne farmy wiatrowe - optymalizacja i kontrola ekstrakcji energii atmosferycznej w gigawatowych farmach wiatrowych) jest poświęcony analizie sposobów wprowadzania optymalnych technik udoskonalonej kontroli interakcji między dużymi farmami wiatrowymi a ABL. Przedsięwzięciem kieruje profesor Johan Meyers z Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven) w Belgii, który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) o wartości 1,5 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.
Projektanci wcześniejszych farm wiatrowych skoncentrowali się na podejściu oddolnym: zarówno klimat, jak i meteorologia określały dostępność wiatru atmosferycznego. Jednak w razie spowolnienia ABL, dostępność wiatru na wysokości piasty turbiny spada. Na przykład w Danii doprowadziło to do tego, że turbiny dużych farm przybrzeżnych funkcjonują jedynie na około 45% swojej mocy w porównaniu do takich samych turbin na farmach lądowych.
Profesor Meyers pracuje w ramach projektu ACTIVEWINDFARMS nad opracowaniem optymalnych technik sterowania w połączeniu z czasowo-rozdzielczymi, trójwymiarowymi (3D) symulacjami przepływu turbulentnego w interakcji między farmą wiatrową a ABL oraz wieloskalowym modelami turbin. Przeprowadza symulacje na platformach superkomputerowych.
Pojedyncze turbiny są wykorzystywane jako siłowniki-przetworniki przepływu, które przekształcają sygnał elektryczny na pożądaną jakość fizyczną - poprzez dynamiczne dopasowywanie łopatek za pomocą skal czasowych, których zakres wynosi od 10 do 500 sekund. Konsumenci mogą zatem skorzystać na dwa sposoby: farmy wiatrowe reagowałyby na turbulentną atmosferę w pozytywny sposób i byłyby wykorzystywane do aktywnego regulowania warunków atmosferycznych. Efektem końcowym byłyby wydajniejsze farmy wiatrowe.
Naukowiec ERBN wykorzystuje także symulacje w celu testowania walidacji tunelu wiatrowego pod kątem optymalnych strategii rozmieszczania turbin i sterowania nimi. Wynikiem będzie lepsza kontrola oparta na mechanice strukturalnej oraz wyższa jakość energii i projektów sterowników. Projekt ACTIVEWINDFARMS rozpoczął się w 2012 r., a jego zakończenie zaplanowano na rok 2017.
Zaopatrzenie na przykład w energię wiatrową, słoneczną, hydroelektryczną i pływową pozwoli UE obniżyć emisje gazów cieplarnianych. Wzrost udziału alternatywnych źródeł energii pomoże także UE w ograniczaniu uzależnienia od importu energii.
Pogłębiając naszą wiedzę na temat ABL, naukowcy przyczynią się do udoskonalenia prognoz wiatru na potrzeby branży odnawialnej energii wiatrowej.
Ukryj panel
