Yeni bir yöntem, yeni ekipman olmadan rüzgâr santrallerinin enerji çıkışını artırıyor

Bilim insanları, tek tek türbinler yerine tüm bir rüzgâr santrallerinin koşullarını modelleyerek mevcut kurulumlardan daha fazla güç elde edebileceğini buldular.

Massachusetts Teknoloji Üniversitesi mühendisleri diğer bilim insanları ile iş birliğinde yaptıkları çalışmada, herhangi bir yeni ekipman yatırımına gerek kalmadan, rüzgâr santrali kurulumlarının enerji çıktısının, tüm türbin koleksiyonunun rüzgâr akışını modelleyerek ve bireysel ünitelerin kontrolünü optimize ederek artırılabileceğini keşfettiler.

Araştırma, MIT Esther ve Harold E. Edgerton İnşaat ve Çevre Mühendisliği Yardımcı Doçenti Michael F. Howland tarafından yürütüldü. Çalışma Nature dergisinde yayınlandı.

Çalışmaya göre, belirli bir kurulumdan elde edilen enerji çıkışındaki artış toplamda yaklaşık yüzde 1,2 ve optimum rüzgâr hızları için yüzde 3’tür. Bu yüzde 1,2’lik enerji artışı dünyanın tüm mevcut rüzgâr santrallerine uygulansaydı, bu, 3 bin 600’den fazla yeni rüzgâr türbini eklemeye eşdeğer veya yaklaşık 3 milyon eve güç sağlamak için yeterli olacak ve enerji üreticilerine neredeyse yılda bir milyar dolarlık bir kazanç sağlayacaktı.

Çalışmanın yazarı Michael F. Howland, “Akış fiziği açısından bakıldığında, rüzgâr türbinlerini rüzgâr santrallerinde birbirine yakın yerleştirmek genellikle yapabileceğiniz en kötü şeydir. Toplam enerji üretimini en üst düzeye çıkarmak için ideal yaklaşım, onları mümkün olduğunca uzağa koymak olacaktır ancak bu, ilgili maliyetleri artıracaktır.” dedi.

Howland ve ekibi bu kapsamda atmosferdeki gelen rüzgârlara ve her türbinin kontrol stratejisine bağlı olarak santraldeki her türbinin güç üretimini tahmin eden yeni bir akış modeli geliştirdiler. Model, akış fiziğine dayalı olmakla birlikte, tahmine dayalı hatayı ve belirsizliği azaltmak için operasyonel rüzgâr santrali verilerinden öğrenir. Mevcut rüzgâr santrallerinin fiziksel türbin konumları ve donanım sistemleri hakkında hiçbir şey değiştirmeden, rüzgâr santrali içindeki akışın fizik tabanlı, veri destekli modellemesini ve farklı rüzgâr koşulları verilen her türbinin elde edilen güç üretimini kullandılar.

Her türbin sürekli olarak gelen rüzgâr yönünü ve hızını algılar ve rüzgâra mümkün olduğunca yakın hizalanmak üzere sapma (dikey eksen) açısı konumunu ayarlamak için dahili kontrol yazılımını kullanır. Ancak çalışmaya göre, yeni sistemde ekip, bir türbini kendi maksimum çıkış konumundan biraz uzağa çevirerek – belki de bireysel tepe çıkış açısından 20 derece uzağa – çevirerek, bir veya daha fazla rüzgâr yönündeki güç çıkışında ortaya çıkan artış olduğunu buldu. Tüm bu etkileşimleri hesaba katan merkezi bir kontrol sistemi kullanılarak, türbinlerin toplanması, bazı koşullarda yüzde 32’ye kadar daha yüksek güç çıkış seviyelerinde çalıştırıldı.

Hindistan’da gerçek bir hizmet ölçekli rüzgar çiftliğinde aylarca süren bir deneyde, tahmine dayalı model ilk olarak, çoğu kasıtlı olarak optimalin altında olan çok çeşitli sapma oryantasyon stratejileri test edilerek doğrulandı. Araştırmacılar, hem gerçek çiftlikte hem de modelde optimal olmayanlar da dahil olmak üzere birçok kontrol stratejisini test ederek gerçek optimal stratejiyi belirleyebildiler. Daha da önemlisi, model, test edilen çoğu rüzgar koşulu için çiftlik güç üretimini ve optimal kontrol stratejisini tahmin edebildi ve modelin tahminlerinin çiftlik için gerçek optimal operasyonel stratejiyi izleyeceğine dair güven verdi. Bu, sıfırdan yeni hesaplamalar yapmaya gerek kalmadan yeni rüzgâr koşulları ve yeni rüzgâr santralleri için en uygun kontrol stratejilerini tasarlamak için modelin kullanılmasına olanak tanır. Araştırmacılar modelin ve işbirlikçi kontrol stratejisinin mevcut veya gelecekteki herhangi bir rüzgâr santralinde uygulanabileceğini söylüyor.