Se cada volta da roda é uma revolução, então, cada varredura de uma pá de turbina eólica é uma oportunidade. É assim que os pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) veem o potencial dos operadores de usinas eólicas para aumentar a captura de energia usando controles no nível da usina. Ao direcionar as turbinas individuais para longe das turbinas a jusante, as instalações existentes podem atingir ganhos anuais de produção de energia de 1 a 2 por cento, dependendo do tamanho e do projeto da planta.

Com financiamento do Departamento de Energia, A NREL desenvolveu o modelo FLOw Redirection and Induction in Steady State (FLORIS) para ajudar os operadores de usinas eólicas a otimizar as interações da turbina. Este software de código aberto permite aos usuários projetar controladores que podem escolher os melhores ângulos de guinada para a operação da turbina em diferentes condições.

Ao longo dos últimos anos, Os pesquisadores do NREL conduziram várias campanhas em pequena escala para validar as previsões do FLORIS. Estudos de uma e duas turbinas no National Wind Technology Center do NREL em Boulder, Colorado, e a instalação de Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) em Lubbock, Texas, contribuiu para as atualizações do FLORIS. Outro experimento com uma única turbina em uma instalação comercial offshore forneceu informações adicionais sobre as configurações ideais.

"Não há falta de interesse em aplicar esta abordagem, "disse o engenheiro sênior do NREL, Paul Fleming, que lidera a pesquisa de controle do parque eólico do laboratório. "Mas antes que possamos ver os controles adotados em escala, a indústria precisa ver testes de campo que são conduzidos em ambientes realistas. "

Para preencher essa lacuna, Fleming e seus colegas desenvolveram recentemente um estudo para trazer maior clareza à pesquisa de controle de usinas eólicas. A equipe incorporou uma variedade de equipamentos de detecção, incluindo um lidar com base em solo, torre meteorológica, e dois sodars - na subseção do Peetz Wind Energy Center durante o estudo de campo de 3 meses.

"Nossa configuração experimental usou instrumentação específica para reunir pontos de dados adicionais, o que aumentou muito nossa capacidade de analisar a precisão das previsões simuladas, "Disse Fleming.

NREL lançou agora um software FLORIS de quarta geração, que tem melhorias de precisão e usabilidade. Esta versão inclui uma representação adicional da física do fluxo que incorpora avanços na compreensão da aerodinâmica da direção de esteira. Os engenheiros de software do NREL também introduziram uma abordagem modular que permite que recursos sejam adicionados rapidamente e uma interface redesenhada que dá aos pesquisadores mais controle sobre as simulações.

Fleming e colegas publicaram a Parte 1 de suas descobertas dos testes de campo na revista Ciência da Energia Eólica . Os autores identificaram várias áreas de melhoria, como refinamentos de design de controlador dinâmico, filtragem de tempo, e quantificação da incerteza. Contudo, eles relatam que o controlador aumentou com sucesso a captura de energia nas turbinas a jusante de acordo com as previsões da FLORIS.

"Dado que um ganho de 2 por cento em uma usina eólica típica de 300 megawatts (MW) poderia representar US $ 1 milhão por ano em lucros adicionais, não é nenhuma surpresa que a indústria esteja expressando amplo interesse na implementação de controles otimizados, "Disse Fleming.