Om varje varv på hjulet är ett varv, då är varje svep av ett vindturbinblad en möjlighet. Det är så forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) ser på potentialen för vindkraftsoperatörer att öka energiavskiljningen med hjälp av kontroller på anläggningsnivå. Genom att styra bort enskilda turbinvak från nedströms turbiner, befintliga anläggningar kan uppnå årliga energiproduktionsvinster på 1 procent–2 procent beroende på anläggningens storlek och design.

Med finansiering från Department of Energy, NREL utvecklade modellen FLOw Redirection and Induction in Steady State (FLORIS) för att hjälpa vindkraftsoperatörer att optimera turbininteraktioner. Denna mjukvara med öppen källkod låter användare designa styrenheter som kan välja de bästa girvinklarna för turbindrift under olika förhållanden.

Under de senaste åren, NREL-forskare har genomfört flera småskaliga kampanjer för att validera FLORIS-förutsägelser. En- och tvåturbinstudier vid NREL:s National Wind Technology Center i Boulder, Colorado, och anläggningen Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) i Lubbock, Texas, bidragit till FLORIS uppdateringar. Ett annat experiment med en turbin vid en kommersiell offshoreanläggning gav ytterligare insikter om optimala konfigurationer.

"Det råder ingen brist på intresse för att tillämpa detta tillvägagångssätt, " sa NREL Senior Engineer Paul Fleming, som leder laboratoriets vindkraftskontrollforskning. "Men innan vi kan se kontroller antagna i stor skala, branschen behöver se fältförsök som genomförs i realistiska miljöer."

För att fylla detta tomrum, Fleming och kollegor utformade nyligen en studie för att öka klarhet i forskning om vindkraftskontroll. Teamet inkorporerade en rad avkänningsutrustning – inklusive en markbaserad lidar, meteorologiskt torn, och två sodars - vid underavdelningen av Peetz Wind Energy Center under den tre månader långa fältstudien.

"Vår experimentella uppställning använde specifik instrumentering för att samla in ytterligare datapunkter, vilket avsevärt ökade vår förmåga att analysera noggrannheten i simulerade förutsägelser, " sa Fleming.

NREL har nu släppt en fjärde generationens FLORIS-programvara, som har förbättringar av noggrannhet och användbarhet. Den här versionen innehåller en ytterligare representation av flödesfysik som innehåller framsteg i förståelsen av aerodynamik för vakstyrning. NREL mjukvaruingenjörer introducerade också ett modulärt tillvägagångssätt som gör det möjligt att lägga till funktioner snabbt och ett omdesignat gränssnitt som ger forskare mer kontroll över simuleringar.

Fleming och kollegor har publicerat del 1 av sina resultat från fältförsöken i tidskriften Vindenergivetenskap . Författarna identifierade flera områden för förbättring, såsom förbättringar av dynamisk styrenhetsdesign, tidsfiltrering, och kvantifiering av osäkerhet. Dock, de rapporterar att regulatorn framgångsrikt ökade energifångst vid nedströms turbiner i enlighet med FLORIS förutsägelser.

"Med tanke på att en vinst på 2 procent vid en typisk 300 megawatt (MW) vindkraftverk skulle kunna representera 1 miljon dollar per år i ytterligare vinster, det är ingen överraskning att branschen uttrycker ett brett intresse för att implementera optimerade kontroller, " sa Fleming.