Al modelar las condiciones de todo un parque eólico en lugar de las turbinas individuales, los ingenieros pueden exprimir más energía de las instalaciones existentes.
Los ingenieros del MIT han descubierto que, sin necesidad de nuevas inversiones en equipos, la producción de energía de esas instalaciones eólicas puede aumentarse modelando el flujo de viento de todo el conjunto de turbinas y optimizando el control de las unidades individuales en consecuencia.
La ilustración anterior muestra el concepto de control de flujo de un parque eólico colectivo. Los aerogeneradores actuales funcionan para maximizar su propia producción de energía individual, generando estelas turbulentas (mostradas en morado) que reducen la producción de energía de las turbinas situadas a sotavento. El nuevo sistema de control colectivo del parque eólico desvía las estelas de los aerogeneradores para reducir este efecto (mostrado en naranja). Este sistema aumentó la producción de energía en un conjunto de tres turbinas en la India en un 32%.
El aumento de la producción de energía de una instalación determinada puede parecer modesto: se trata de un 1,2% en total y un 3% para velocidades de viento óptimas. Pero el algoritmo puede implantarse en cualquier parque eólico, y el número de parques eólicos está creciendo rápidamente para cumplir los objetivos climáticos acelerados. Si ese aumento del 1,2% de la energía se aplicara a todos los parques eólicos existentes en el mundo, equivaldría a añadir más de 3.600 nuevos aerogeneradores, o lo suficiente para abastecer a unos 3 millones de hogares, y a una ganancia total para los productores de energía de casi mil millones de dólares al año, dicen los investigadores. Y todo ello sin apenas coste alguno.
Actualmente, todas las turbinas existentes a escala de servicios públicos se controlan de forma independiente. Pero en el mundo real, las turbinas se colocan deliberadamente cerca unas de otras en los parques eólicos para conseguir beneficios económicos relacionados con el uso del suelo (en tierra o en el mar) y con infraestructuras como carreteras de acceso y líneas de transmisión. Esta proximidad significa que las turbinas suelen verse muy afectadas por las estelas turbulentas producidas por otras que están a barlovento de ellas, un factor que los sistemas de control de las turbinas individuales no tienen en cuenta actualmente.
Desde el punto de vista de la física de los flujos, colocar los aerogeneradores muy juntos en los parques eólicos suele ser lo peor que se puede hacer. Lo ideal para maximizar la producción total de energía sería ponerlos lo más separados posible, pero eso aumentaría los costes asociados.
Ingenieros del MIT han desarrollado un nuevo modelo de flujo que predice la producción de energía de cada turbina del parque en función de los vientos incidentes en la atmósfera y de la estrategia de control de cada turbina. Aunque se basa en la física del flujo, el modelo aprende de los datos operativos del parque eólico para reducir el error de predicción y la incertidumbre. Sin cambiar nada de la ubicación física de las turbinas ni de los sistemas de hardware de los parques eólicos existentes, han utilizado la modelización basada en la física y asistida por datos del flujo dentro del parque eólico y la producción de energía resultante de cada turbina, dadas las diferentes condiciones de viento, para encontrar la orientación óptima de cada turbina en un momento dado. Esto les permite maximizar la producción de todo el parque, no sólo de las turbinas individuales.
En la actualidad, cada turbina detecta constantemente la dirección y velocidad del viento y utiliza su software de control interno para ajustar su posición de ángulo de guiñada (eje vertical) para alinearse lo más posible con el viento. Pero en el nuevo sistema, por ejemplo, el equipo ha comprobado que al girar una turbina ligeramente fuera de su propia posición de salida máxima el aumento resultante de la producción de energía de una o más unidades a favor del viento compensará con creces la ligera reducción de la producción de la primera unidad. Gracias a un sistema de control centralizado que tiene en cuenta todas estas interacciones, el conjunto de turbinas funcionó con niveles de potencia hasta un 32% superiores en algunas condiciones.
La cantidad de energía que se obtenga variará mucho de un parque eólico a otro, en función de una serie de factores como el espaciado de las unidades, la geometría de su disposición y las variaciones de los patrones de viento en ese lugar a lo largo de un año. Pero en todos los casos, el modelo desarrollado por este equipo puede proporcionar una predicción clara de cuáles son exactamente las ganancias potenciales para un sitio determinado.
Pero el nuevo sistema puede adoptarse potencialmente de forma rápida y sencilla, según los investigadores.
Además, dicen, la mayor área de desarrollo de parques eólicos es en alta mar, y «el impacto de las pérdidas de estela suele ser mucho mayor en los parques eólicos en alta mar«. Eso significa que el impacto de este nuevo enfoque para controlar esos parques eólicos podría ser significativamente mayor.
Más información: mit.edu
Deja una respuesta