Gør vindmølleparker mere effektive

Med stigende energibehov, forskere ved Penn State Behrend og University of Tabriz, Iran, har gennemført en algoritme – eller tilgang – til at designe mere effektive vindmølleparker, med til at skabe mere omsætning til bygherrer og mere vedvarende energi til deres kunder.

"Vindenergien er stigende, og ikke kun i USA, " sagde Mohammad Rasouli, assisterende professor i elektroteknik ved Penn State Erie, Behrend College. "Effektiviteten af ​​solpaneler er mindre end 25 procent, og er stadig genstand for aktuel forskning. Vindturbine, på den anden side, er meget mere effektive og konverterer over 45 procent af vindenergien til elektricitet."

Selvom vindmøller er effektive, vindmølleparkers layout kan reducere denne effektivitet, hvis den ikke er korrekt designet. Bygherrer sætter ikke altid møller på de steder med de højeste vindhastigheder, hvor de vil generere mest strøm, sagde Rasouli. Turbineafstand er også vigtigt –– fordi vindmøller skaber modstand, der sænker vindhastigheden, de første møller, der fanger vinden, vil generere mere strøm end dem, der kommer efter.

At bygge mere effektive vindmølleparker, designere skal tage disse faktorer i betragtning, vindhastighed og turbineafstand, samt arealets størrelse, geografi, antal turbiner, mængden af ​​vegetation, meteorologiske forhold, byggeomkostninger, og andre overvejelser, ifølge forskerne.

At balancere alle disse faktorer for at finde et optimalt layout er svært, selv ved hjælp af matematiske modeller.

"Dette er en multi-objektiv tilgang, " sagde Rasouli. "Vi har en funktion, og vi ønsker at optimere den, mens vi tager højde for forskellige begrænsninger."

Forskerne fokuserede på én tilgang, kaldet "biogeografisk-baseret optimering." Skabt i 2008 og inspireret af naturen, BBO er baseret på, hvordan dyr naturligt fordeler sig selv for at udnytte deres miljø bedst muligt ud fra deres behov. Ved at skabe en matematisk model ud fra dyreadfærd, det er så muligt for forskerne at beregne den optimale fordeling af objekter i andre scenarier, såsom møller på en vindmøllepark.

"Analytiske metoder kræver meget beregning, " sagde Rasouli. "Denne BBO-metode minimerer beregning og giver bedre resultater, at finde den optimale løsning til mindre beregningsomkostninger."

Andre forskere brugte forenklede versioner af BBO-tilgangen i 2017 og 2018 til at beregne mere effektive vindmølleparker, men disse forenklede versioner tog ikke højde for alle faktorer, der påvirker det optimale layout.

Forskerne fra Penn State og University of Tabriz afsluttede tilgangen ved at inkorporere yderligere variabler, inklusive reelle markedsdata, overfladens ruhed – hvilket påvirker hvor meget strøm der er i vinden – og hvor meget vind hver turbine modtager.

Forskerholdet forbedrede også BBO-tilgangen ved at inkorporere en mere realistisk model til beregning af vågner – områder med langsommere vingehastigheder skabt efter vinden blæser forbi en turbine, svarende til kølvandet bag en båd –– og tester, hvor følsom modellen var over for andre faktorer såsom renter, økonomiske incitamenter, og forskelle i energiproduktionsomkostninger. De rapporterer deres resultater online i Journal of Cleaner Production , som udkommer i november.

"Dette er en mere realistisk optimeringstilgang sammenlignet med nogle af de forenklingsmetoder, der er derude, " sagde Rasouli. "Dette ville være bedre for kunderne, til producenter, og i gitterstil, større vindmølleparker."

Ved at inkorporere flere data, såsom opdaterede meteorologiske optegnelser og producentoplysninger, forskerne vil være i stand til at bruge BBO-tilgangen til at optimere vindmølleparker på mange forskellige steder, at hjælpe vindmølleparkdesignere over hele verden med at udnytte deres jord bedre og generere mere energi for at imødekomme fremtidige energibehov fra forbrugere.

"Der er en endetid for fossile brændstoffer, " sagde Rasouli. "Med denne og kommende metoder eller bedre optimeringstilgange, vi kan udnytte vindenergi bedre."