Moderne windgeneratoren bereiden zich voor op het ontvangen van wind lang voordat deze verschijnt

Het artikel beschrijft nieuwe apparatuur waarmee windgenerators zich automatisch kunnen aanpassen aan de luchtstroom.

Het lijkt erop dat het verzamelen van windenergie een eenvoudige zaak is. Lucht stroomt door de turbinebladen, waardoor deze roteert. De turbine drijft de generator aan. Een generator produceert elektriciteit. Maar eigenlijk is niet alles zo eenvoudig.

Windgenerators worden zonder falen geïnstalleerd in het gebied waar vaak stormen woeden. Een sterke wind kan luchtturbines beschadigen of zelfs vernietigen als ze in de verkeerde hoek staan. Ze moeten zo worden afgesteld dat krachtige windstoten roteren en de messen niet vernietigen. Een dergelijke aanpassing is gebruikelijk bij het werken met turbineapparatuur.

Dit proces kan de gecreëerde technologie aanzienlijk vergemakkelijken Torben Mikkelsen en zijn collega's van het Deense nationale laboratorium voor duurzame energiebronnen Risoe DTU. Dr. Mikkelsen werkt aan een systeem waarmee elke generator tegen de wind in kan scannen en de bladen vooraf kan afstellen.

Kerntechnologie genoemd lidar (LIDAR - de meteorologische infrarood laser locator) is bekend sinds de jaren '70. Net als de radar verzendt het elektromagnetische golven en analyseert vervolgens degenen die zijn teruggekeerd, en bepaalt waar ze tegen vechten.

Door de grote golflengte van de radar kunt u alleen grote objecten detecteren. De lidar maakt gebruik van lichtgolven. Hun lengte is veel korter en ze vechten gemakkelijk tegen kleine objecten. Trouwens, het menselijk zicht is gebaseerd op lichtgolven. Korte golven gebruikt in wind lidar, afgeslagen van kleine deeltjes, zoals druppels water, stof, pollen en zoutkristallen, waarvan de beweging de windsnelheid relatief nauwkeurig kan bepalen.

Dr. Mikkelsen en zijn collega's besloten dat de lidar de naderende wind kon scannen en zijn gedrag kon bepalen voordat hij contact maakte met de turbine. Om hun idee te testen, hebben ze lidars geïnstalleerd 120 meter windturbines in Hovsor, een Deens oefenterrein voor dit soort technologie.

Lidars analyseerde de naderende wind met behulp van een laser die infraroodlicht uitzond met een golflengte van 1,55 micron. Verdwaald licht werd gevangen door een gevoelig apparaat dat zelfs één foton (het kwantummechanische deeltje waaruit het licht bestaat) detecteert uit duizenden miljarden die door de laser worden vrijgegeven.

Het apparaat meet de windsnelheid op een hoogte van 40, 60, 80 en 100 meter boven de grond gedurende 100-200 meter voor de turbine. Vervolgens worden de verzamelde gegevens vergeleken met windmetingen met een bekeranemometer (die in de wind roteert, zijn snelheid meet) om de lidar te kalibreren. Daarna kan een computer die informatie van de lidar analyseert worden aangesloten op motoren die de hoek van de turbineschoepen aanpassen om de hoeveelheid geproduceerde energie te vergroten en de kans op schade te verminderen.

Wetenschappers konden nauwkeurige gegevens verkrijgen op alle hoogten in de buurt van de turbine. Maar toen het apparaat op de grond werd geïnstalleerd, ontstonden een aantal problemen. Hij richtte de laserstraal van beneden naar boven in de lucht en analyseerde de 'kegel' met het startpunt aan de basis van de turbine. U kunt dus de windsnelheid berekenen, maar u kunt niet achterhalen hoe deze verandert in een zone van 200 meter in de buurt van de generator. Om gegevens te verzamelen, moet de lidaire laserstraal vanuit het midden van de luchtturbine zelf worden verzonden.

De installatie van een lidar in het midden van de windgenerator veroorzaakte problemen vanwege de centrifugale kracht die door de rotatie ontstond. Voor de normale werking van de lidar hebben de onderzoekers het traditionele apparaat vervangen, waarbij de straal wordt geleid door spiegels, een nieuwe ontwikkeling met een vezeloptisch systeem.

Volgens Michael Harris, een woordvoerder van Natural Power, een in het VK gevestigde ontwikkelaar van windturbines, verandert het centrum van de turbine in iets als een trommeldroger. De kans dat het nieuwe apparaat zal falen is veel minder, omdat daarin het licht door de kabel gaat.

Een ander probleem dat wetenschappers ondervonden bij het installeren van de lidar is elektrische ruis van de generator. Een gevoelige detector kan onder invloed van zwerfstromen afwijken. Onderzoekers hebben voorgesteld de lidar in een beschermend materiaal te wikkelen dat overtollige energie aardt.

Het resultaat is een systeem dat de elektriciteitsproductie met 5% verbetert. Misschien is het cijfer niet indrukwekkend, maar voor één turbine met een capaciteit van 4 megawatt zijn de besparingen 38.000 dollar. per jaar. Vergeet niet de levensduur van de messen en de generator zelf te verlengen.

Zie ook:stroomgeneratoren in Rusland: hoe te kiezen, installeren en teleurstelling te voorkomen