Laser rotante su una turbina eolica del Texas per migliorare la precisione degli strumenti di simulazione del settore eolico

In collaborazione con General Electric (GE) e finanziati dal Wind Energy Technologies Office (WETO) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), i ricercatori dei Sandia National Laboratories (Sandia) e del National Renewable Energy Laboratory (NREL) hanno installato e implementato con successo un dispositivo chiamato lidar spinner sul mozzo – la struttura che collega le pale all’albero principale – di una turbina eolica GE da 2,8 megawatt a Lubbock, in Texas. Lo spinner lidar, che utilizza un laser rotante per fornire dati sulla velocità del vento altamente accurati, è stato implementato come parte dell’esperimento Rotor Aerodynamics, Aeroelastics, and Wake (RAAW) finanziato da WETO.

Sandia ha installato uno spinner lidar su una turbina eolica GE per misurare le strutture turbolente nel vento che si avvicina alla turbina e per migliorare le previsioni del modello del carico aerodinamico instabile sulle pale della turbina eolica. (Foto di Tommy Herges, Sandia)

“Questo progetto cerca di raccogliere dati per migliorare e convalidare i modelli di turbine eoliche esistenti ed emergenti”, ha affermato Chris Kelley, uno dei principali ricercatori dell’esperimento RAAW a Sandia.

Il miglioramento dei modelli e delle tecniche di validazione per l’industria eolica è un modo in cui i ricercatori dei laboratori nazionali del DOE stanno studiando modi innovativi per produrre energia pulita e contribuire a raggiungere l’obiettivo degli Stati Uniti di un settore dell’elettricità pulita al 100% entro il 2035 e un’economia a zero emissioni nette entro il 2050 .

Lo spinner lidar misura sia la velocità del vento che la turbolenza, venti che affaticano e degradano le pale della turbina, avvicinandosi alla turbina eolica. Queste misurazioni vengono effettuate sull’intera area spazzata dal rotore (il cerchio spazzato dalle pale rotanti) ogni 2 secondi. Ciò fornisce più dati di una torre meteorologica, migliorando in definitiva i futuri modelli di energia eolica.

Miguel Hernandez prepara le manovre all’interno del mozzo della turbina GE per installare e ruotare lo spinner lidar. (Foto di Tommy Herges, Sandia)

Producendo un set di dati completo e unico, questa collaborazione triennale potrebbe migliorare la precisione sia della suite di codici ExaWind del DOE che degli strumenti di simulazione di GE. Tali miglioramenti ai codici di progettazione possono portare a progetti di pale delle turbine eoliche più robusti e affidabili e ridurre il costo livellato dell’energia eolica.

“Queste misurazioni rivelano come il vento differisce lungo l’impronta del rotore della turbina eolica, che si estende per più di 400 piedi”, ha affermato la ricercatrice NREL Paula Doubrawa. “Se una delle pale si piega più delle altre due, ad esempio, possiamo esaminare le interazioni del vento durante quel periodo per capire cosa è successo. Possiamo quindi inserire questi dati dettagliati sul vento nelle nostre simulazioni al computer e verificare che la pala simulata risponda allo stesso modo di quella reale. Attestare le prestazioni dei nostri modelli computerizzati è fondamentale per consentire una progettazione e un funzionamento efficienti delle turbine eoliche”.

I ricercatori hanno ottenuto lo strumento lidar spinner dall’Università Tecnica della Danimarca e hanno progettato e fabbricato il telaio di montaggio personalizzato e l’hardware di accompagnamento.

“L’installazione del lidar ha richiesto una pianificazione considerevole, poiché lo strumento era troppo grande per essere installato dall’interno della navicella o del mozzo”, ha affermato Kelley. “GE ci ha aiutato a sviluppare un concetto di montaggio per lidar e il team Sandia ha progettato e fabbricato un telaio di montaggio per lidar con cerniera girevole. Una grande gru faceva parte del processo di installazione e il perno ha consentito al personale all’interno del mozzo della turbina di scollegare il lidar dalla gru”.

Il gruppo sperimentale ha raccolto un afflusso di dati dallo strumento lidar spinner, che ha iniziato a raccogliere dati nell’aprile 2023 e continuerà fino a novembre 2023. I dati sono stati raccolti dallo strumento lidar per vari stati operativi della turbina e condizioni del vento in modo che gli strumenti di simulazione possano essere convalidati per tutte le condizioni operative.

Leggi di più su Progetto RAAW e il WETO‘S corpo più grande di Atmosfera agli elettroni lavoro.

Ufficio per le tecnologie dell’energia eolica, per gentile concessione di Energy.gov.