Forskare från U.S. Department of Energys (DOE:s) National Renewable Energy Laboratory (NREL) och Sandia National Laboratories söker efter sätt att maximera fördelarna med storskaliga rotorer och deras potential för ökad energigenerering. Deras arbete som en del av DOE:s Big Adaptive Rotor (BAR) projekt syftar till att skapa nästa generation av landbaserade vindturbiner med 206-meters rotorer, vilket kommer att öka kapacitetsfaktorerna med 10 procent eller mer över en typisk landbaserad turbin.

För att sätta detta i perspektiv, en rotor av den storleken skulle mäta mer än 225 yards, eller ungefär längden på två fotbollsplaner. Men varför spelar superdimensionering av turbinrotorer någon roll?

De senaste decennierna har sett avsevärda minskningar av kostnaden för vindenergi, till stor del på grund av ökad rotorstorlek. Ökning av rotorstorleken på samma maskinklassning leder till turbiner med låg specifik effekt som kan minska kostnaderna för vindenergi genom att skapa en större sopyta som hjälper vindkraftverk mer konsekvent att fånga vindenergi, samt tillgång till högre vindhastigheter vid förhöjda höjder. Men längden och vikten av dessa blad skapar vetenskap, teknik, logistisk, och tillverkningsutmaningar som för närvarande förhindrar skalning av turbiner upp till storlekar som stämmer överens med ordspråket, större är bättre.

"Det övergripande målet för BAR är att möjliggöra storskaliga, turbiner med låg effekt för landbaserad applikation, sa Nick Johnson, en NREL -forskningsingenjör och huvudutredare på BAR -projektet. "För att få detta att hända, vi måste övervinna tillverkningen, transport, och logistiska utmaningar med nya lösningar. Ett område där vi kan hjälpa till att möjliggöra denna teknik är att lösa vetenskapliga och tekniska svårigheter relaterade till konstruktion och drift av stora slanka och flexibla blad utmaningar relaterade till bladdynamik, modellering, material, läser in, och kontroller."

Dessa vetenskapliga och tekniska hinder är kärnan i en ny studie av NREL och Sandia. BAR -forskare tillhandahåller kvalitativa analysbedömningar av rotorkoncept baserat på prestandamätningar och de vetenskapliga och tekniska utmaningarna som är relaterade till varje koncept.

Till exempel, viktminskande strategier kan minska både trötthet och extrem belastning på turbinblad som resulterar i högre bladbelastningar och underhållskostnader. Koncept som distribuerade aerodynamiska kontroller möjliggör viktminskning genom att minska yttersta belastningar och utmattningsbelastningar på längre, mer flexibla blad, men införa kontroller, tillverkning, och tillförlitlighetsfrågor. Detaljerad analys av fördelar och nackdelar hjälper forskare att förstå dessa avvägningar och identifiera var brytpunkter för olika teknologier finns.

För att hjälpa till att klargöra och bättre formulera de vetenskapliga och tekniska hinder som potentiella turbinkoncept står inför, forskare använder NREL:s turbinedesignmodeller OpenFAST och Wind-Plant-Integrated System Design and Engineering Model (WISDEM) för att modellera turbinprestanda och turbinsystemnivåinteraktioner.

När ägare-operatörer av vindkraftverk letar efter större intäkter från förbättrad effektminskning, maskiner med lågspänning kommer att fortsätta att växa i popularitet på grund av deras förmåga att producera mer el under fler timmar och kommer att kunna skickas när det behövs som mest. Genom belysning av underliggande vetenskaps- och ingenjörsutmaningar för större turbinrotorer, BAR-forskare hjälper till att göra morgondagens gigantiska landbaserade vindkraftverk möjliga idag.