В статье описано новое оборудование, которые позволяет ветрогенераторам автоматически настраиваться на воздушные потоки.
Казалось бы, сбор ветряной энергии – дело нехитрое. Воздух проходит через лопасти турбины, заставляя ее вращаться. Турбина приводит в движение генератор. Генератор производит электричество. Но, на деле не всё так просто.
Ветрогенераторы в обязательном порядке устанавливаются в местности, где часто бушуют штормы. А сильный ветер может повредить или даже уничтожить воздушные турбины, если они стоят под неправильным углом. Их следует точно настраивать, чтобы мощные порывы вращали, а не разрушали лопасти. Такая регулировка – обычное дело в работе с турбинным оборудованием.
Этот процесс сможет значительно облегчить технология, созданная Торбеном Миккельсеном и его коллегами из датской Национальной лаборатории устойчивых источников энергии Risoe DTU. Доктор Миккельсен работает над системой, позволяющей каждому генератору сканировать пространство с наветренной стороны и заранее настраивать лопасти.
Базовая технология под названием лидар (LIDAR — метеорологический лазерный локатор ИК-диапазона) известна еще с 70-х годов. Как и радар, она посылает электромагнитные волны, а потом анализирует те, которые вернулись, определяя, от чего они отбиваются.
Большая длинна волны радара позволяет обнаруживать только крупные объекты. В лидаре же используются световые волны. Их длина намного меньше и они легко отбиваются от небольших предметов. Кстати, на световых волнах основано человеческое зрение. Короткие волны, используемые в ветровом лидаре, отбиваются от мелких частиц, таких как капли воды, пыль, пыльца и кристаллы соли, по движению которых можно относительно точно определить скорость ветра.
Доктор Миккельсен с коллегами решили, что лидаром можно просканировать надвигающийся ветер и определить его поведение до контакта с турбиной. Для проверки своей идеи они установили лидары на 120-метровых ветровых турбинах в Ховсоре, датском полигоне для техники подобного рода.
Лидары анализировали приближающийся ветер с помощью лазера, который излучал инфракрасный свет с длиной волны в 1,55 микрона. Отбившийся свет улавливался чувствительным прибором, который засекает возврат даже одного фотона (квантово-механическая частица, из которой состоит свет) из тысяч миллиардов выпущенных лазером.
Прибор измеряет скорость движение ветра на высоте 40, 60, 80 и 100 метров над землей за 100-200 метров перед турбиной. Потом собранные данные сопоставляются с измерениями ветра чашечным анемометром для калибровки лидара. После этого компьютер, анализирующий информацию с лидара, можно подсоединить к моторам, которые настраивают угол лопастей турбины, чтобы увеличить объем производимой энергии и уменьшить возможность повреждений.
Ученым удалось получить точные данные на всех высотах возле турбины. Но при установке прибора на земле возник ряд проблем. Направляя лазерный луч в воздух, снизу вверх, он анализировал конус с начальной точкой у основы турбины. Так можно рассчитать скорость ветра, но нельзя узнать, как он меняется в 200-метровой зоне возле генератора. Для снятия данных лазерный луч лидара следует посылать из центра самой аэротурбины.
Установка лидара в центре ветрогенератора вызвала трудности из-за возникающей при вращении центробежной силы. Для нормальной работы лидара исследователи заменили традиционный прибор, в котором для луча направляется зеркалами, новой разработкой с волоконно-оптической системой.
Как заявил Майкл Харрис, представитель британского разработчика ветряных турбин, компании Natural Power, центр турбины превращается в нечто похожее на барабанную сушилку. Вероятность того, что новый прибор выйдет из строя, намного меньше, так как в нем свет проходит через кабель.
Еще одна проблема, с которой столкнулись ученые при установке лидара – электрические помехи от генератора. Чувствительный детектор может давать отклонения под влиянием паразитных токов. Исследователи предложили завернуть лидар в защитный материал, который заземляет избыточную энергию.
В результате получилась система, которая улучшает производство электричества на 5%. Может, цифра и не впечатляет, но для одной турбины мощностью 4 МВт экономия составляет 38 000 доларов в год. Не стоит забывать и об увеличении срока службы лопастей и самого генератора.
