Kwantyfikacja korzyści wynikających z zastosowania środków kontroli farm wiatrowych
Na farmach wiatrowych występują „efekty strumieni nadążających” (oddziaływania aerodynamiczne), „efekty terenowe” (wpływ fizycznego otoczenia), „efekty blokady” (spowolnienie przepływu spowodowane samą farmą wiatrową) oraz czynniki dynamiki wiatru. Środki kontroli farm wiatrowych (ang. wind farm control, WFC) pomagają złagodzić te oddziaływania poprzez koordynację pracy turbin; na przykład zmniejszenie mocy w niektórych turbinach, aby uzyskać więcej w innych. W ramach wspieranego ze środków UE projektu FarmConners, prowadzonego przez Duński Uniwersytet Techniczny, zbadano skuteczność niektórych z tych środków pod względem generowanej mocy i dochodów. Aby przyspieszyć przyjęcie technologii, zespół wykorzystał modelowanie i badania terenowe z projektów uzupełniających, aby ocenić możliwości i wyzwania, jednocześnie identyfikując braki w zakresie badań i wdrożenia. W ten sposób powstały dwie platformy walidacyjne, których użyto do porównania i demonstracji potencjału WFC. „Zebraliśmy razem najnowocześniejsze techniki, przełomowe projekty i specjalistów przemysłowych, aby zwiększyć zaufanie do modeli i strategii WFC”, mówi koordynator projektu Gregor Giebel. Większość zebranych danych jest obecnie ogólnodostępna, a wyniki platform udostępniono w postaci artykułów o otwartym dostępie na stronie Wind Energy Science. Dodatkowo większość działań i wyników projektu zawarto w internetowej encyklopedii zadania International Energy Agency Wind Task 44 na temat kontroli przepływów na farmach.
Platformy walidacyjne
Oprócz łagodzenia skutków interakcji środowiskowych techniki WFC, takie jak sterowanie elektrowniami wiatrowymi, mogą również poprawić jakość usług. Technologie te umożliwiają zwiększenie produkcji energii elektrycznej i zmniejszenie obciążeń konstrukcyjnych. Oferują też lepszy sposób włączenia energii wiatrowej do sieci energetycznej, obniżając koszty, a jednocześnie zwiększając udział w rynku. Przynosi to korzyści w zarządzaniu przychodami, co jest szczególnie ważne w kontekście elastycznych rynków energii elektrycznej przyszłości. Zespół projektu FarmConners stworzył platformę porównawczą z publicznie dostępnych symulacji, pomiarów z eksperymentów w tunelu aerodynamicznym i danych terenowych z lądowej farmy wiatrowej Sole du Moulin-Vieux we Francji, aby zademonstrować korzyści płynące z zastosowania WFC, takie jak zwiększenie produkcji.
Porównywanie zapewnia szeroki wachlarz danych
„Dzięki czterem ślepym próbom z udziałem 31 autorów nasze porównanie jest pierwszym tego rodzaju, które wnosi szeroką gamę zestawów danych, ustawień kontroli i modelowania w celu oceny korzyści z zastosowania kontroli przepływu farmy wiatrowej”, wyjaśnia kierownik naukowy Tuhfe Göçmen. Zespół opracował również serię wersji pokazowych dla różnych scenariuszy rynku energii elektrycznej, przedstawiając potencjalne dodatkowe przychody generowane przez zastosowanie technologii WFC. Zostały one oparte na danych z morskiej elektrowni wiatrowej TotalControl Reference, danych z symulacji pogodowych oraz szacunkowych cenach energii elektrycznej na rok 2020 i 2030. „Wraz z dziewięcioma autorami oceniono korzyści płynące z elastycznej, opartej na sytuacji rynkowej kontroli i wykazano potencjał zwiększenia dochodów bez zwiększania mocy”, mówi Göçmen. Kierując się wynikami projektu, zespół spisał również swoje stanowisko, które zawiera zalecenia dotyczące standaryzacji i certyfikacji WFC. „Wiele wyników naszego projektu wykorzystuje się już jako najlepsze praktyki w branży, jak np. nasza wspólna taksonomia, albo faktycznie ustanawia standardy dla branży i jednostek certyfikujących”, dodaje Göçmen.
Dopasowanie energii wiatrowej do rynku
Istotną barierą dla szerszej integracji odnawialnych źródeł energii jest ich zmienność. Podczas gdy przepisy częściowo rozwiązują ten problem, farmy wiatrowe potrzebują większej elastyczności rynku, zwłaszcza w ramach programów bez wsparcia finansowego. WFC oferują właścicielom elektrowni wiatrowych większą kontrolę, umożliwiając im dostosowanie się do zmiennych cen rynkowych. „Scenariusze mogą obejmować zwiększenie mocy, strategiczną redukcję mocy z rozproszonymi nastawami łagodzącymi obciążenia lub po prostu dłuższe uczestnictwo w rynku dzięki wydłużonemu okresowi eksploatacji”, podsumowuje Giebel. Podczas projektu pracę zespołu FarmConners połączono z inicjatywami współpracowników projektu, w tym Siemens Gamesa Wake Adapt, aby pomóc w kontrolowaniu przepływu wiatru, Vestas i Microsoft Azure w celu wzmocnienia uczenia maszynowego i WindESCo Swarm, dla kooperacyjnej regulacji pozycji turbiny.
Słowa kluczowe
FarmConners, farma wiatrowa, moc, energia elektryczna, sieć, strumień nadążający, turbina
