Turbina eólica no Instituto de Sustentabilidade. Crédito:Patrick Mansell / Penn State
Com o aumento da demanda de energia, pesquisadores da Penn State Behrend e da Universidade de Tabriz, Irã, concluíram um algoritmo - ou abordagem - para projetar parques eólicos mais eficientes, ajudando a gerar mais receita para construtores e mais energia renovável para seus clientes.
"A energia eólica está em alta, e não apenas nos EUA, "disse Mohammad Rasouli, professor assistente de engenharia elétrica na Penn State Erie, o Behrend College. "A eficiência dos painéis solares é inferior a 25 por cento, e ainda é um assunto de pesquisa atual. Turbinas eólicas, por outro lado, são muito mais eficientes e convertem mais de 45% da energia eólica em eletricidade. "
Embora as turbinas eólicas sejam eficientes, layouts de parques eólicos podem reduzir essa eficiência se não forem projetados corretamente. Os construtores nem sempre colocam turbinas nos locais com as velocidades de vento mais altas, onde eles irão gerar mais energia, disse Rasouli. O espaçamento da turbina também é importante - porque as turbinas criam arrasto que reduz a velocidade do vento, as primeiras turbinas a captarem o vento gerarão mais energia do que as que virão depois.
Para construir parques eólicos mais eficientes, os projetistas devem levar esses fatores em consideração a velocidade do vento e o espaçamento da turbina, bem como o tamanho do terreno, geografia, número de turbinas, quantidade de vegetação, condições meteorológicas, custos de construção, e outras considerações, de acordo com os pesquisadores.
Equilibrar todos esses fatores para encontrar um layout ideal é difícil, mesmo com a ajuda de modelos matemáticos.
"Esta é uma abordagem multi-objetivo, "disse Rasouli." Temos uma função e queremos otimizá-la, levando em consideração várias restrições. "
Os pesquisadores se concentraram em uma abordagem, chamado de "otimização com base biogeográfica". Criado em 2008 e inspirado na natureza, O BBO se baseia em como os animais se distribuem naturalmente para fazer o melhor uso de seu ambiente de acordo com suas necessidades. Ao criar um modelo matemático a partir do comportamento animal, é então possível para os pesquisadores calcular a distribuição ideal de objetos em outros cenários, como turbinas em um parque eólico.
Um modelo que descreve a esteira de uma turbina eólica. Crédito:Figura alterada da publicação original de Soheil Pouraltafi-kheljan, Amirreza Azimi, Behnam Mohammadi-ivatloo, e Mohammad Rasouli
"Os métodos analíticos requerem muitos cálculos, "disse Rasouli." Este método BBO minimiza a computação e dá melhores resultados, encontrar a solução ideal com menos custo computacional. "
Outros pesquisadores usaram versões simplificadas da abordagem BBO em 2017 e 2018 para calcular layouts de parques eólicos mais eficientes, mas essas versões simplificadas não levaram em consideração todos os fatores que afetam o layout ideal.
Os pesquisadores da Penn State e da University of Tabriz completaram a abordagem incorporando variáveis adicionais, incluindo dados reais de mercado, a aspereza da superfície - que afeta a quantidade de energia do vento - e a quantidade de vento que cada turbina recebe.
A equipe de pesquisa também melhorou a abordagem do BBO ao incorporar um modelo mais realista para calcular as ondas - áreas com velocidades de asa mais lentas criadas após o vento passar por uma turbina, semelhante à esteira atrás de um barco - e testando o quão sensível o modelo era a outros fatores, como taxas de juros, incentivos financeiros, e diferenças nos custos de produção de energia. Eles relatam seus resultados online no Journal of Cleaner Production , que será publicado em novembro.
"Esta é uma abordagem de otimização mais realista em comparação com alguns dos métodos de simplificação que existem, "disse Rasouli." Isso seria melhor para os clientes, para os fabricantes, e ao estilo de grade, parques eólicos de tamanho maior. "
Ao incorporar mais dados, como registros meteorológicos atualizados e informações do fabricante, os pesquisadores serão capazes de usar a abordagem BBO para otimizar layouts de parques eólicos em muitos locais diferentes, ajudando os projetistas de parques eólicos em todo o mundo a fazer melhor uso de suas terras e gerar mais energia para atender às futuras demandas de energia dos consumidores.
“Há um tempo de fim para os combustíveis fósseis, "disse Rasouli." Com este e os próximos métodos ou melhores abordagens de otimização, podemos fazer melhor uso da energia eólica. "
