Se ogni giro di ruota è una rivoluzione, allora ogni spazzata di una pala di una turbina eolica è un'opportunità. È così che i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) vedono il potenziale per gli operatori di impianti eolici di aumentare la cattura di energia utilizzando controlli a livello di impianto. Dirigendo le singole scie delle turbine lontano dalle turbine a valle, le strutture esistenti possono ottenere guadagni annuali di produzione di energia dell'1-2 percento a seconda delle dimensioni e del design dell'impianto.

Con il finanziamento del Dipartimento dell'Energia, NREL ha sviluppato il modello FLOw Redirection and Induction in Steady State (FLORIS) per aiutare gli operatori degli impianti eolici a ottimizzare le interazioni delle turbine. Questo software open source consente agli utenti di progettare controller in grado di scegliere i migliori angoli di imbardata per il funzionamento della turbina in condizioni diverse.

Negli ultimi anni, I ricercatori del NREL hanno condotto diverse campagne su piccola scala per convalidare le previsioni di FLORIS. Studi su una e due turbine presso il National Wind Technology Center di NREL a Boulder, Colorado, e la struttura Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) a Lubbock, Texas, contribuito agli aggiornamenti di FLORIS. Un altro esperimento a turbina singola in una struttura commerciale offshore ha fornito ulteriori informazioni sulle configurazioni ottimali.

"Non manca l'interesse nell'applicare questo approccio, " ha affermato l'ingegnere senior NREL Paul Fleming, che guida la ricerca sul controllo dei parchi eolici del laboratorio. "Ma prima di poter vedere i controlli adottati su larga scala, l'industria ha bisogno di vedere prove sul campo condotte in ambienti realistici".

Per colmare questa lacuna, Fleming e colleghi hanno recentemente progettato uno studio per portare maggiore chiarezza alla ricerca sul controllo degli impianti eolici. Il team ha incorporato una gamma di apparecchiature di rilevamento, tra cui un lidar a terra, torre meteorologica, e due sodar, nella sottosezione del Peetz Wind Energy Center durante lo studio sul campo di 3 mesi.

"La nostra configurazione sperimentale ha utilizzato una strumentazione specifica per raccogliere punti dati aggiuntivi, che ha notevolmente aumentato la nostra capacità di analizzare l'accuratezza delle previsioni simulate, " ha detto Fleming.

NREL ha ora rilasciato un software FLORIS di quarta generazione, che ha miglioramenti di accuratezza e usabilità. Questa versione include una rappresentazione aggiuntiva della fisica del flusso che incorpora i progressi nella comprensione dell'aerodinamica dello sterzo della scia. Gli ingegneri del software NREL hanno anche introdotto un approccio modulare che consente di aggiungere rapidamente funzionalità e un'interfaccia riprogettata che offre ai ricercatori un maggiore controllo sulle simulazioni.

Fleming e colleghi hanno pubblicato sulla rivista la prima parte dei risultati delle prove sul campo Scienza dell'energia eolica . Gli autori hanno identificato diverse aree di miglioramento, come perfezionamenti del design del controller dinamico, filtraggio del tempo, e quantificazione dell'incertezza. Però, riferiscono che il controller ha aumentato con successo la cattura di energia nelle turbine a valle in conformità con le previsioni di FLORIS.

"Dato che un guadagno del 2% in un tipico impianto eolico da 300 megawatt (MW) potrebbe rappresentare $ 1 milione all'anno di profitti aggiuntivi, non sorprende che il settore stia esprimendo un interesse diffuso nell'implementazione di controlli ottimizzati, " ha detto Fleming.