Эксперты видят необходимость «нового пути» в науке об энергии ветра.
За последние полвека в электроэнергетике произошли революционные изменения.
Речь идет о гигантских устройствах, превращающих ветер в электричество, В 2018 году энергия ветра генерировала 4% мировой электроэнергии. Сегодня все наоборот.
Инновации в области ветроэнергетики выводят этот возобновляемый ресурс в верхние ряды энергетических рынков.
По прогнозам ученых, энергия ветра и солнца способна обеспечить от трети до половины спроса на электроэнергию в мире к 2050 году.
Низкоуглеродистые источники топлива также будут важной частью мирового энергетического портфеля, так как человечество обеспокоено ростом антропогенного изменения климата.
Более того, затраты на ветроэнергетику достигли паритета с другими источниками энергии, а затраты на ветер колеблются в пределах 0,04 долл. США за киловатт-час.
Препятствия, с которыми сталкивается отрасль в целом, требуют экспертизы целого ряда дисциплин.
Согласно статье, опубликованной недавно собственным экспертом по ветроэнергетике в Университете Вайоминга Джонатаном Нотоном нужен новый фокус и путь, который называется наукой о ветроэнергетике.
«Ветер, движущийся вперед, - это не единственная дисциплина».
Нотон и его коллеги-авторы наметили ряд проблем, с которыми сталкивается междисциплинарная область науки о ветроэнергетике - от глобальных погодных эффектов и функциональности электрической системы до динамики турбины.
Чтобы улучшить производительность ветряных турбин, нужно исследовать несколько головоломок.
Для исследований в области аэрокосмической науки, например, нужны совместные знания инженеров-электриков, инженеров-строителей и инженеров-механиков.
Наука о ветроэнергетике требует аналогичного непредубежденного подхода и «физики во все более широком диапазоне пространственных и временных масштабов в атмосфере».
Вот три проблемы, которые ветроэнергетике, как науке, предстоит решить:
№ 1: Как дует ветер?
Ученым еще предстоит полностью понять непостоянное поведение ветра.
Это особенно относится к ветрам низкого уровня или ветрам около поверхности земли.
Слабый ветер мало влияет на погоду.
Тем не менее, для ветроэнергетики решающее значение имеет ветер около первых 500-600 метров от земли.
Пограничный слой - зона, расположенная вблизи поверхности, является тем местом, где работают ветряные турбины.
Низкоуровневые ветры - там, где работают турбины - область, которая не до конца изучена.
Возьмем, к примеру, шумный Вайоминг: ландшафт - часто считающийся одним из лучших источников энергии ветра - имеет множество долин, хребтов, гор и других рельефов, благодаря которым дуновение ветра становится невероятно изменчиво.
Как ведут себя ветры вокруг этих рельефов, действительно сложно понять.
Если расширить знания о том, как ведут себя ветра на этих более низких уровнях, то появится возможность лучше развивать ветряные электростанции и ветряные турбины.
Ученые уже могут измерять скорость ветра с помощью метеорологических вышек или радиолокационных технологий.
Новейшая технология, известная как Lidar System, позволяет дистанционно измерять ветер. Но необходимы дополнительные исследования.
№ 2: Полная смена конструкторских решений
Первая ветряная электростанция Вайоминга, установленная в 1999 году, состояла из 68 ветряных турбин в округе Карбон.
Владелец Rocky Mountain Power в прошлом году модернизировал ветропарк, заменив турбины.
Благодаря технологическим достижениям, компания установила около десятка турбин, намного мощнее и выше.
Энергетическая компания Вайоминга планирует открыть крупнейшую в мире ветряную электростанцию и установить 396 турбин на втором этапе развития ветроэнергетики для ветроэнергетических проектов Чокерри и Сьерра Мадре, мощностью 1500 мегаватт.
Сегодня лопасти турбин на 90 процентов легче, чем у их предшественников с 1980-х годов.
Эти элементы конструкции постоянно совершенствуются и обновляются по мере того, как ветряные турбины увеличиваются в размерах, чтобы соответствовать физике поворота при практически постоянном вращении.
По словам Нотона, необходимо продолжать внедрять современные ветряные турбины, чтобы они были максимально эффективными, не повышая цены, чтобы сохранить конкурентоспособность с другими источниками топлива.
№ 3: Взгляд на современную сеть.
Ветроэнергетика должна стать полностью надежной и соответствовать интенсивным потребностям электросетей.
Когда люди нажимают на выключатель, то они ожидают, что свет обязательно включится.
Но ветер может быть непредсказуем, а интеграция энергии ветра в существующие электрические сети представляет собой проблему для ветроэнергетики.
Другими словами, представление о сети, также должно измениться.
Ветер должен обеспечивать предсказуемую и контролируемую энергию, а также услуги, которые поддерживают стабильность и формирование надежности сети.
Сегодня ветряные электростанции удовлетворяют многие потребности существующей сети, но необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как ветряные электростанции и их особые характеристики могут быть использованы для обслуживания потребностей конвертерной сети в будущем.