Hvordan reagerer vindmøller på vind, jordbevægelser under jordskælv?

Efterhånden som Kinas økonomiske udvikling fortsætter, stiger energiefterspørgslen sammen med det. At imødekomme denne energiefterspørgsel via fossile brændstoffer bliver mere og mere uønsket, fordi det udgør miljø- og klimarisici.

En løsning er at omfavne vedvarende energikilder, såsom vindkraft, og det har oplevet hurtig vækst i Kina i løbet af det seneste årti. Men mange vindmølleparker bliver bygget i områder med høj seismisk aktivitet.

I Journal of Renewable and Sustainable Energy , præsenterer forskere fra Changzhou University og Beijing University of Technology deres arbejde med at udforske den dynamiske adfærd af vindmøller, der udsættes for kombineret vind-jordskælvsbelastning.

Gruppen opdagede, at ændringer i vinden øger og mindsker vindmøllens responsamplitude under henholdsvis svage og stærke jordskælv.

"Indgangsvinklen for jordskælv påvirker vindmøllernes seismiske respons på grund af asymmetrien af ​​aerodynamisk dæmpning og bladstivhed," sagde Xiuli Du, en medforfatter fra Beijing University of Technology. "Vind- og jordskælvets jordbevægelse inducerer begge vindmøllers vibrationer, især vingerne, som ændrer den aerodynamiske belastning, der virker på vingerne."

Moderne vindmøller i stor skala bruger styringsteknologi med variabel hastighed og variabel pitch, hvilket betyder, at deres dynamiske adfærd påvirkes af controlleren.

"Som følge heraf viser vindmøllernes dynamiske respons under excitation af vind-jordskælv koblingseffekten af ​​aeroservoelasticitet - interaktionerne mellem de inerti, elastiske og aerodynamiske kræfter, der opstår, når et elastisk legeme udsættes for en væskestrøm," sagde Du. "Vind- og jordbevægelse er også tilfældige vektorfelter med komplekse tidsdomæne- og rumlige usikkerheder involveret, når de kombineres."

Overraskende fandt forskerne ud af, at vinden samtidig udøver en dynamisk belastnings- og dæmpningseffekt på vindmøllernes seismiske respons. Så de advarer om, at overvejelse af kun én af disse to effekter kan føre til unøjagtige eller endda fejlagtige konklusioner.

"Vores arbejde kan vejlede bestemmelsen af ​​vind-jordskælvskombinationer til det seismiske design af vindmøller og direkte hjælpe med at designe vindmøllestrukturer," sagde Du.

Vindmøllestøttetårne ​​placeret inden for seismisk aktive områder i Kina inkluderer typisk ikke overflødige understøtninger, så hvis en fejler, kan det resultere i et kollaps af møllerne.

"Mens de konverterer vindenergi til elektricitet, er vindmøller i driftstilstand i det meste af deres levetid, hvilket gør det vigtigt at studere vindmøllernes dynamiske adfærd under vind-jordskælvsbelastning," sagde Du.