Thành phố, khách sạn, điểm đến24-25 Apr, 2 Khách, 1 đêm
Tìm kiếm
Ngày đến Wed, Apr 24
1
Ngày vềThu, Apr 25
Số phòng, số khách1 phòng, 2 người lớn, 0 trẻ em

Dạy Cho Các Quạt Gió 'Ích Kỷ' Cách Chia Sẻ Có Thể Tăng Hiệu Suất

Bởi: Minprice.com
26/03/20240like

Tương tự như cách một bông hướng dương trẻ theo dõi ánh sáng mặt trời để bắt nắng, các quạt gió quay để đối mặt với gió để tối đa hóa năng lượng mà chúng sản xuất. Mặc dù bạn có lẽ chưa để ý đến điều này, nhưng đầu của một quạt gió có thể quay từ trái sang phải trên đỉnh tháp của nó để tận dụng gió có sẵn nhất.

Điều này bởi vì tốc độ và hướng gió thường thay đổi. Sự biến động trong áp suất và nhiệt độ không khí, cũng như quay trái của Trái Đất, ảnh hưởng đến cách gió thổi và lượng năng lượng có thể được thu. Những đặc điểm cố định của cảnh quan - thung lũng, đồi, rừng và tòa nhà - cũng ảnh hưởng đến hướng và sức mạnh của gió. Nhưng có một đặc điểm cố định làm quấy rối đặc biệt: các quạt gió khác.

Hãy tưởng tượng cách nước thay đổi khi bạn đang đi du ngoạn trên một chiếc thuyền, chiếc tàu của bạn để lại một mô hình sóng trên bề mặt sau lưng nó. Hiện tượng vật lý này được gọi là hiệu ứng sóng, và nó đặt ra một thách thức quan trọng đối với các trang trại gió. Khi gió chảy qua một quạt gió để tạo điện, một dải sóng được tạo ra, làm cho gió mà các quạt gió khác phía sau nó sử dụng trở nên chậm và hỗn loạn hơn. Khi tính tổng ảnh hưởng trên toàn bộ trang trại gió, một nghiên cứu năm 2009 ước tính rằng sản xuất điện năng tổng cộng giảm đi 10 đến 20 phần trăm.

Không xác định

Một thuật toán mới đã cho thấy cách điều chỉnh hướng quạt gió trên một trang trại theo một cách điều đồng có thể giảm thiểu hiệu ứng sóng và tăng sản lượng tổng cộng. Theo Michael Howland, người đã dẫn đầu nghiên cứu này, được công bố gần đây trên Nature Energy, 'Quạt gió được thiết kế cực kỳ tốt để hoạt động độc lập.' Nhưng 'khi quạt gió rút ra năng lượng, chúng ta biết ngay rằng có ít năng lượng hơn trong gió phía sau.' Bởi vì quạt gió hầu như luôn được đặt trong các trang trại gió, với các quạt gió gần nhau, điều này là một vấn đề.

'Gió đến từ mọi vị trí là khác nhau,' nói Howland, giáo sư trợ giảng kỹ thuật dân dụ tại Viện Công nghệ Massachusetts. 'Hướng gió cũng thay đổi liên tục theo thời gian. Và vì vậy, quạt gió phải phản ứng với điều đó.' Thông thường, quạt gió phản ứng cá nhân với sự thay đổi của gió, quay để đối diện trực tiếp với gió để cố gắng tối đa hóa sản xuất của riêng mình, mà không quan tâm đến hiệu ứng sóng chúng tạo ra phía sau. Đó là 'ích kỷ' này dẫn đến mất mát năng lượng tổng thể.

Để giảm thiểu những mất mát này, thuật toán của Howland và đội của ông sử dụng vật lý khí quyển và dữ liệu vận hành trang trại - như nhiệt độ và điều kiện gió - để ước lượng hiệu ứng sóng mà các quạt gió đang tạo ra và cách chúng ảnh hưởng đến các quạt gió khác. Sau đó, thuật toán dự đoán cách sắp xếp các quạt gió để chúng ít gây quấy rối cho nhau hơn. Quay đầu quạt gió để nó đối mặt với gió từ một góc nhỏ, chẳng hạn, thay đổi hướng sóng mà nó tạo ra và giảm sự tiếp xúc của các quạt gió phía sau nó. Mặc dù chiến lược này có thể giảm một chút sản lượng của các quạt gió phía trước, vì chúng không đối mặt trực tiếp với gió, nó tăng sản xuất của các quạt gió phía sau, và kết quả là tăng sản xuất điện năng ròng.

Mức năng lượng tăng lên chính xác phụ thuộc vào các yếu tố như cấu trúc trang trại và điều kiện gió của địa điểm. Tuy nhiên, khi được thử nghiệm tại một trang trại thương mại ở Ấn Độ, thuật toán đã tăng sản lượng năng lượng từ 1 đến 3 phần trăm, tùy thuộc vào tốc độ gió, đương nhiên nếu phần mềm được triển khai trên tất cả các trang trại hiện có trên thế giới, các tác giả của nghiên cứu ước tính đó sẽ tương đương với việc cung cấp năng lượng cho 3 triệu ngôi nhà.

Và việc đạt được điều đó không phải là điều quá phi thực tế như có vẻ. Một trong những lợi ích của phương pháp này là khả năng mở rộng vào thế giới thực. “Thường để tăng sản xuất, bạn hoặc cần phải lắp đặt một cánh quạt lớn hơn hoặc máy phát điện mạnh mẽ hơn, hoặc bạn cần thay đổi một số phần cứng,” nói Xavi Vives, một kỹ sư điều khiển tại hãng sản xuất quạt gió Siemens Gamesa. (Vives không tham gia vào nghiên cứu, mặc dù nhân viên của Siemens Gamesa là một phần của nghiên cứu.) “Nhưng đây là phần mềm thuần túy, nên nó rất hứa hẹn với chi phí rất thấp.”

Với Varun Sivaram, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, người đã phục vụ làm giám đốc công nghệ tại ReNew Power, công ty năng lượng tái tạo hàng đầu của Ấn Độ, việc thử nghiệm công nghệ này tại Ấn Độ cũng rất quan trọng. “Tôi muốn tìm cách chuyển giao một công nghệ từ quy mô phòng thí nghiệm thành một thử nghiệm thực tế. Và tôi cũng muốn làm điều đó ở một nền kinh tế mới nổi vì đó là nơi cần thiết thực sự cho các giải pháp năng lượng sạch - ở những nền kinh tế mới nổi này, nơi nhu cầu năng lượng đang tăng,” ông nói.

Ngoài việc tăng công suất của các quạt gió, thuật toán cũng có thể giúp trang trại gió bằng cách kéo dài tuổi thọ của các quạt gió và giảm mài mòn có thể làm giảm hiệu suất của chúng theo thời gian. 'Tôi nghĩ kết luận quan trọng nhất từ nghiên cứu của họ là nếu bạn có thể làm cho tải đồng đều hơn, nếu bạn thực sự có thể để gió đi qua nhiều quạt gió hơn, bạn sẽ giảm thiểu mài mòn cho quạt gió đầu tiên,' nói Mark Z. Jacobson, giáo sư kỹ thuật dân dụ và môi trường tại Đại học Stanford. Vives đồng tình: 'Càng cao độ độ ồn, càng cao độ mài mòn... nếu bạn có thể giảm thiểu hoặc điều hướng sóng đi, bạn cũng đang tạo ra sự thoải mái hơn cho các quạt gió để chúng có thể hoạt động lâu dài hơn.'

Mặc dù nghiên cứu đã cho thấy triển vọng, Jacobson cho rằng cần thêm các thử nghiệm trước khi phần mềm có thể được triển khai, vì các thử nghiệm ban đầu tập trung vào một cấu hình bao gồm ba quạt gió trong điều kiện cụ thể. Trên thực tế, có vô số cấu hình tiềm năng của quạt gió, tốc độ gió và địa hình,” ông giải thích. “Tôi nghĩ họ cần thử nghiệm các cấu hình phức tạp hơn và cố gắng đưa ra các quy tắc tổng quát có thể áp dụng cho bất kỳ cấu hình nào,” ông nói. “Bạn không muốn cố gắng tối ưu hóa từng quạt gió và trang trại.”

Khi năng lượng gió được mở rộng, Sivaram tin rằng cần có các thuật toán như vậy để tạo ra nhiều điện nhất có thể. Các địa điểm đất lý tưởng cho trang trại gió đòi hỏi các điều kiện cụ thể - những nơi có tốc độ gió nhanh và đủ đất để đặt các quạt gió cách xa nhau. Tương lai có thể sẽ thấy các quạt gió được đặt gần nhau hơn khi đất trở nên khan hiếm.

Các trang trại gió ngoại ô có thể giúp vượt qua thách thức này, và chúng có thể sử dụng quạt gió cao và lớn hơn, cho phép nắm bắt nhiều năng lượng hơn. Nhưng khi mở rộng, vấn đề sóng lại nảy ra, “vì tương tác giữa các quạt gió tỷ lệ với đường kính rotor,” Howland nói. Đối với các quạt gió ngoại ô, với những chiếc cánh lớn, để hoàn toàn loại bỏ tương tác sóng, bạn sẽ cần đặt các quạt gió cách nhau vài kilomet. Điều này làm tăng giá thuê khu vực cho trang trại và xây dựng đường truyền dẫn kết nối các quạt gió với nhau và lưới điện. Việc sử dụng một thuật toán để tăng hiệu suất khi các quạt gió gần nhau có thể là một lựa chọn tốt hơn.

Tìm ra các giải pháp cho những vấn đề như vậy sẽ tất nhiên đáng giá. Năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một số nguồn năng lượng an toàn và sạch nhất của chúng ta, và vì vậy có lẽ là 'công cụ' chính của chúng ta để đạt được tình trạng không tăng thêm khí nhà kính,” Sivaram nói, người hiện đang làm cố vấn cấp cao cho John Kerry, đại sứ đặc biệt của Mỹ về khí hậu. Nguồn năng lượng xanh cần được tối ưu hóa vì theo thời gian, chúng ta sẽ phụ thuộc vào chúng nhiều hơn và nhiều hơn - không chỉ cho nhu cầu năng lượng truyền thống của chúng ta, Sivaram giải thích, mà còn để cung cấp năng lượng cho các phương tiện điện, các ngành công nghiệp chuyển đổi sang điện hóa và các công nghệ mà chúng ta có thể phải phụ thuộc vào, chẳng hạn như bắt CO2 hoặc lọc nước biển.

Trong tương lai, nguồn năng lượng tái tạo 'sẽ chiếm phần lớn nguồn điện trên thế giới,' Sivaram nói, vì vậy 'mọi đơn vị năng lượng bạn có thể đạt được từ năng lượng mặt trời và gió đều quan trọng.'