Větrné turbíny a turbulence: jak pomoci turbínám vyrovnat se s větrem?

Výkon větrných turbín může během několika sekund stoupnout nebo klesnout až o 50 %. Takové výkyvy, které v rámci elektrické energie představují rozdíl v rozsahu megawattů, ovšem zatěžují jak energetické sítě, tak samotné turbíny.

Studie vědců z University v Oldenburgu v Německu a Sharifské Technologické University v Teheránu (Írán) představuje inovativní stochastickou metodu, která by mohla pomoci zmírnit tyto náhlé výkyvy v produkci (či jim zcela zabránit), a tak dosáhnout konzistentnější výroby elektřiny.

Podle studie jsou to právě řídicí systémy větrných turbín, které jsou zodpovědné především za krátkodobé výkyvy elektrického výkonu. Výsledky výzkumu rovněž poukazují na to, jak lze tyto systémy optimalizovat, aby byl zajištěn konzistentnější energetický výstup turbín.

Výzkumný tým vedený hlavním autorem Dr. Pyei Phyo Lin z Univerzity v Oldenburgu analyzoval data z několika turbín ve větrné farmě. Protože větrné turbíny fungují za turbulentních větrných podmínek – podobně jako letadlo přistávající v silném větru – všechna naměřená data vykazují mnohonásobné výkyvy a nelze detekovat žádný jednoznačný signál. To studie označuje jako ‚šum‘. Takto získaná data byla dále v rámci studie podrobena analýze – zkoumání se zaměřilo zejména na rychlost větru v rámci časové osy, elektrický výkon turbín a rychlost otáčení generátoru.

Hluk jako zdroj informací

Pomocí inovativního, stochastického, matematického přístupu byli vědci schopni nalézt zmíněný šum v datech a rozlišit jeho dvě hlavní, různé složky, z nichž jedna je způsobena větrem samotným, zatímco druhá je výsledkem reakcí řídicího systému turbíny. Hluk, který je často považován za nepříjemnou součást provozu turbín, narušující prováděná měření, tak v tomto případě pomohl získat zcela nové informace o systému.

Publikované výsledky studie – získané vyhodnocením jednotlivých složek hluku – pak jasně naznačují, že reakce řídicích systémů větrných turbín na náhlé výkyvy větru jsou často suboptimální. Řídící systémy větrných turbín mají tendenci při “nestandardním”, turbulentním chování větru přepínat řídící strategie, což může vést k pozorovaným silným výkyvům elektrického výkonu.

Ve výsledku to tedy znamená, že aby se zabránilo výkyvům a zisky turbín se s ohledem na turbulentní poryvy větru stabilizovaly, bude třeba připravit řídící systém turbín na tyto “nestandardní” podmínky – a oddělit je od běžných reakcí systému. Úprava reakce a chování větrných turbín při turbulencích by pak tímto způsobem vedla nejen ke konzistentnější výrobě elektrické energie a s tím spojenému zvýšení účinnosti větrných turbín, ale rovněž se očekává, že by znamenala prodloužení životnosti jednotlivých zařízení, která se nebudou zbytečně poškozovat v reakci na situace, se kterými by se běžně měly umět vyrovnat.