Электрогенерация ветряков изменчивее самого ветра

Йоахим Пейнке (Joachim Peinke) и его коллеги из Центра изучения ветроэнергетики при Ольденбургском университете (Германия) проанализировали характер краткосрочных влияний крупных ветроэлектростанций, интегрирующих множество турбин, на стабильность параметров единой энергосистемы, которую они снабжают электричеством.

Выяснилось следующее: хотя в периоды, превышающие пять минут, параметры ветроэлектростанции (ВЭС) описываются обычной кривой мощности, для более коротких отрезков это не так. И поведение параметров тока, выдаваемого ВЭС, ближе к описанному теорией турбулентности, разработанной советским математиком А. Н. Колмогоровым.

При возникновении турбулентности даже группы ветряков могут за считанные секунды снизить выработку энергии на 80%, вынуждая энергосистемы обращаться к резервным мощностям.

«Сравните ветряную турбину с самолётом при посадке в условиях очень сильного ветра: снаружи самолёт выглядит садящимся по гладкой и выверенной траектории, однако у тех, кто в этот момент внутри него, — другое видение, обусловленное атмосферной турбулентностью», — поясняет г-н Пейнке. Согласно разработанной его группой модели, даже небольшие изменения скорости ветра ведут к резким колебаниям выходной мощности, причём ветряки не просто передают непостоянство силы ветра в сеть в виде неравномерной мощности, а даже усиливают этот эффект.

Так, изменения в скорости ветра чуть выше 11 м/с могут привести к падению мощности, подаваемой ветряком, на 80% всего за 8 секунд.

Ранее в похожих исследованиях предполагалось, что, хотя сходные проблемы свойственны отдельным ветрякам, турбулентность, присущая ветреной погоде, не влияет на крупные ВЭС в целом, ведь в них много турбин, и если где-то турбулентность снизит мощность, в других ветряках она может вырасти, что компенсирует колебания.

Тем не менее, согласно новым данным, в действительности это не так. Корреляции турбулентности и поведения ветров часто одинаковы для территорий площадью в сотни квадратных километров, в то время как даже крупные ВЭС обычно занимают не более четырёх квадратных километров.

Click here to preview your posts with PRO themes ››

Самым близким аналогом поведения ветра и ВЭС, как полагают учёные, могут послужить проблемы мультифрактального масштабирования, свойственные фондовым рынкам, где ситуация также детерминируется не одним алгоритмом, а сразу несколькими, часто сменяющими друг друга.

Офшорные ВЭС в этом отношении менее опасны: над морем ветры меняют свою скорость реже и обычно не столь радикально. (Фото Anke Hueper.)

Это означает, считают авторы работы, что при планировании крупномасштабной энергосистемы на основе ветрогенерации обязателен учёт теории турбулентности, сопровождающийся систематическим построением соответствующих моделей турбулентности.

Сейчас исследователи заняты разработкой методов минимизации негативных эффектов такого рода, предельно актуальных из-за всё увеличивающегося значения ветроэнергетического сектора в энергетике и экономике Германии.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

{social}