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Sensori laser per turbine eoliche
Un nuovo sistema laser a fibra ottica può misurare la velocità e la direzione del vento fino a 1000 metri di fronte a una turbina eolica, dando alle enormi macchine sufficienti secondi preziosi per adattarsi in modo proattivo alle raffiche e agli improvvisi cambi di direzione del vento. Il dispositivo, sviluppato da Prendi il vento , una startup con sede a Manassas, in Virginia, potrebbe migliorare l'efficienza delle turbine eoliche ed evitare che si rompano.
Avvistamento del vento: Un prototipo di un nuovo sistema LIDAR basato su laser, mostrato qui, può proiettare orizzontalmente tre raggi laser invisibili fino a 300 metri di fronte a una turbina eolica. Piccole particelle nel vento vengono rilevate mentre attraversano i raggi.
Il dispositivo potrebbe aiutare a ridurre il costo dell'elettricità rinnovabile dal vento. Le turbine eoliche perdono circa l'1% della loro efficienza operativa per ogni grado di disallineamento delle pale con il vento in arrivo. Catch the Wind afferma che il suo sistema laser può aumentare la potenza della turbina del 10% migliorando la precisione di orientamento. Il passo delle pale può anche essere regolato in anticipo rispetto al vento per ridurre l'usura dei componenti e delle pale del cambio della turbina, abbassando i costi di riparazione e manutenzione fino al 10% e prolungando la vita operativa di un parco eolico, afferma la società.
John Kourtoff, amministratore delegato dello sviluppatore eolico offshore Potere del Trillio , definisce l'approccio di Catch the Wind concettualmente intrigante se può ridurre i costi del parco eolico e aumentare i ricavi. A prima vista, ha senso. Sarebbe vantaggioso per noi, dice. Ma dovrei vedere dati reali sul campo.
Gli attuali sistemi di misurazione dell'energia eolica, sia anemometri meccanici che dispositivi LIDAR (rilevamento e rilevamento della luce) più avanzati, vengono utilizzati principalmente per determinare se un luogo è adatto per un parco eolico. I sistemi sono inoltre mantenuti come parte delle stazioni meteorologiche in loco utilizzate per la previsione del vento a lungo termine. I dati in tempo reale possono anche essere raccolti montando un piccolo anemometro sul retro della navicella di una turbina, afferma Kourtoff. Il problema con questa configurazione è che l'aria è così disturbata dopo il passaggio dalle pale della turbina che le misurazioni sono spesso distorte e inaffidabili. Inoltre, la turbina può rispondere ai cambiamenti del vento solo dopo che le sue pale sono state colpite, lasciandole vulnerabili per alcuni secondi a una serie di forze punitive causate da wind shear, raffiche e turbolenza.
Catch the Wind ha adattato LIDAR in modo che possa essere montato su turbine eoliche e utilizzato per misurare i cambiamenti del vento nel tempo per apportare modifiche alla turbina. Impulsa tre raggi laser invisibili davanti alla turbina che possono misurare simultaneamente la velocità del vento verticale e orizzontale a diverse distanze, nonché improvvisi cambi di direzione. Come il LIDAR convenzionale, lo fa utilizzando il principio Doppler: quando il laser rimbalza su piccole particelle di polvere trasportate dal vento, cambia colore. Il colore del laser è direttamente proporzionale alla velocità della particella. Il dispositivo utilizza algoritmi proprietari per convertire questi dati in misurazioni della velocità e della direzione del vento prima di comunicare una linea di condotta al sistema di controllo della turbina. Il dispositivo fornisce un preavviso di 20 secondi, sufficienti per ruotare la navicella e inclinare le pale in modo che la turbina possa catturare più energia eolica riducendo al contempo lo sforzo sulle sue parti.
Il LIDAR convenzionale non è adatto per il montaggio su turbine eoliche perché questi dispositivi si basano su specchi, che devono essere posizionati con precisione, per proiettare un singolo raggio come un cono tridimensionale, afferma il presidente dell'azienda Philip Rogers. Cambiamenti di temperatura o movimenti improvvisi possono far disallineare gli specchi. Il dispositivo dell'azienda di Rogers sostituisce gli specchi con fibre ottiche che proiettano tre fasci separati. Questo design lo rende abbastanza robusto, piccolo e leggero da poter essere montato in modo permanente su una navicella della turbina e integrato nel suo sistema di controllo. È molto simile all'elettronica a stato solido, spiega Rogers. Crea un sistema molto compatto e robusto che non è suscettibile a urti, variazioni di temperatura e altre cose causate dal movimento.
Il sistema Catch the Wind è attualmente in fase di test sul campo presso il Istituto per l'energia eolica del Canada sulla costa ventosa dell'Isola del Principe Edoardo. Paul Dockrill, direttore della tecnologia presso l'istituto, afferma che il dispositivo ha funzionato bene durante i primi test a terra in cima a un treppiede. Sarà presto montato sulla navicella di una turbina nell'ambito di uno studio più approfondito.
Rogers prevede che il sistema in fibra ottica venga integrato direttamente nelle nuove turbine nel punto di produzione e sia anche adattato alle migliaia di turbine già in funzione oggi. Stiamo discutendo con un certo numero di produttori e abbiamo riscontrato un notevole interesse, afferma, aggiungendo che le versioni beta del dispositivo arriveranno la prossima primavera e la produzione commerciale è prevista per la fine del 2010.