Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Laboratório Nacional Sandia estão procurando maneiras de maximizar as vantagens dos rotores de grande escala e seu potencial para aumentar a geração de energia. Seu trabalho como parte do projeto Big Adaptive Rotor (BAR) do DOE visa criar a próxima geração de turbinas eólicas terrestres com rotores de 206 metros, o que aumentará os fatores de capacidade em 10 por cento ou mais em relação a uma turbina terrestre típica.

Para colocar isso em perspectiva, um rotor dessa magnitude mede mais de 225 jardas, ou sobre o comprimento de dois campos de futebol. Mas por que o superdimensionamento dos rotores da turbina é importante?

As últimas décadas viram reduções substanciais no custo da energia eólica, em grande parte devido aos aumentos no tamanho do rotor. Os aumentos no tamanho do rotor na mesma classificação da máquina levam a turbinas de baixa potência específica que podem reduzir o custo da energia eólica criando uma área de varredura maior que ajuda as usinas eólicas a capturar a energia eólica de forma mais consistente, bem como acessar velocidades de vento mais altas em alturas elevadas. Mas o comprimento e o peso dessas lâminas criam ciência, Engenharia, logístico, e os desafios de fabricação que atualmente impedem o dimensionamento de turbinas em tamanhos que cumpram o ditado, maior é melhor.

"O objetivo geral da BAR é permitir em larga escala, turbinas de baixa potência específica para aplicação terrestre, "disse Nick Johnson, um engenheiro de pesquisa do NREL e investigador principal do projeto BAR. "Para que isso aconteça, precisamos superar a manufatura, transporte, e desafios logísticos com novas soluções. Uma área em que podemos ajudar a habilitar essa tecnologia é resolver as dificuldades de ciência e engenharia relacionadas ao projeto e operação de grandes desafios de lâminas delgadas e flexíveis relacionados à dinâmica da lâmina, modelagem, materiais, Carregando, e controles. "

Esses obstáculos de ciência e engenharia estão no cerne de um estudo recente do NREL e do Sandia. Os pesquisadores da BAR fornecem avaliações de análise qualitativa de conceitos de rotor com base em métricas de desempenho e os desafios de ciência e engenharia relacionados a cada conceito.

Por exemplo, As estratégias de redução de peso podem diminuir a fadiga e a carga extrema nas pás da turbina, o que resulta em cargas e custos de manutenção mais elevados. Conceitos como controles aerodinâmicos distribuídos permitem a redução de peso, reduzindo as cargas finais e de fadiga por mais tempo, lâminas mais flexíveis, mas introduza controles, fabricação, e problemas de confiabilidade. A análise detalhada das vantagens e desvantagens ajuda os pesquisadores a compreender essas compensações e identificar onde existem os pontos de equilíbrio para as diversas tecnologias.

Para ajudar a esclarecer e articular melhor os obstáculos científicos e de engenharia que enfrentam os conceitos de turbina em potencial, os pesquisadores estão usando os modelos de projeto de turbina do NREL OpenFAST e o modelo de projeto e engenharia de sistema integrado de usinas eólicas (WISDEM) para modelar o desempenho da turbina e as interações no nível do sistema da turbina.

À medida que os proprietários-operadores de usinas eólicas buscam maior receita com a redução de energia aprimorada, máquinas de baixa potência específica continuarão a crescer em popularidade devido à sua capacidade de produzir mais eletricidade por mais horas e serão despacháveis ​​quando a energia for mais necessária. Através da iluminação de ciência subjacente e desafios de engenharia para rotores de turbinas maiores, Os pesquisadores da BAR ajudam a tornar as gigantescas turbinas eólicas terrestres de amanhã possíveis hoje.