Разработчикам морских ветряных электростанций необходимо знать, в какую сторону дует ветер, поскольку их прибыльность зависит от скорости ветра. «Постоянная высокая скорость ветра на море может компенсировать огромные инвестиционные затраты на строительство ферм и их подключение к сети. Рентабельность ветряных электростанций зависит от разницы между компенсацией за подпитку и затратами на строительство и техническое обслуживание», — говорит Клаудия Рудольф. , научный сотрудник Института ветроэнергетики и энергетических систем им. Фраунгофера IWES в Бремерхафене.
Используя специальный буй для измерения ветра, метеоролог и ее команда хотят рассчитать потенциал ветра и, следовательно, ожидаемую выработку энергии, тем самым оказывая ценную поддержку проектировщикам ветряных электростанций. Для этого исследователи полагаются на технологию LiDAR (Light Detection and Ranging).
Альтернатива ветровым мачтамКонструкция буя Fraunhofer IWES LiDAR основана на световых буях, которые использовались в Северном море более тридцати лет и которые ученые адаптировали для измерения потенциала ветра. Он имеет длину более восьми метров, диаметр 2,55 метра и вес 4,9 тонны. На буй установлено измерительное устройство LiDAR, которое измеряет скорость ветра на высоте от 40 до 200 метров. «Системы LiDAR посылают в атмосферу импульсные лазерные лучи, которые отражаются от аэрозольных частиц в воздухе.
По сдвигу частоты обратно рассеянного сигнала вычисляются скорость и направление ветра на соответствующих высотах измерения», — объясняет Рудольф.Хотя эта технология уже используется на суше, ранее она считалась непригодной для измерений на буях и плавучих платформах, поскольку была слишком неточной. Собственное движение буя, искажающее измеренные значения, препятствовало надежному использованию устройства LiDAR. Чтобы эти измерения можно было проводить на движущихся конструкциях, исследователи IWES разработали алгоритм коррекции, который вычитает собственное движение буя из измеренных значений.
Новая плавающая система LiDAR гарантирует высокую точность измерений, сравнимую с результатами, полученными с помощью стационарных морских ветровых мачт. Это был вывод проверочных измерений, проведенных в Северном море, где буй был установлен в месте с глубиной воды 30 метров на морской ферме Alpha Ventus в 45 км от побережья острова Боркум, недалеко от FINO 1. ветер встретил мачту. Корреляция между значениями метеорологической мачты и буя составила 99,7%.«На большой глубине буй LiDAR — настоящая альтернатива ветровым мачтам, которые измеряют скорость ветра только на высоте 100 метров», — говорит Рудольф.
Еще одним преимуществом системы является то, что гибкий буй можно использовать в любом месте в море и он быстро устанавливается, что снижает затраты в пять-десять раз. Буи также намного проще и дешевле в обслуживании, чем ветровые мачты. В зависимости от индивидуальных требований система также может одновременно измерять дополнительные параметры, такие как волны, токи и температуры.Еще одной примечательной особенностью буя является алюминиевый корпус, в котором находится измерительное устройство LiDAR и который защищает его от соленой воды и экстремальных условий окружающей среды на море.
Корпус содержит специальное стекло, через которое лазерный луч беспрепятственно и беспрепятственно выходит в атмосферу. Завершает комплект автономная система электроснабжения: три небольших ветряных генератора мощностью 400 Вт и три солнечные панели мощностью 70 Вт вырабатывают электроэнергию, а три гелевые батареи накапливают ее. Это гарантирует, что резервная энергия будет доступна в течение недели без ветра и солнца.
Внутри плавучей платформы находится компьютер для передачи данных. Данные о состоянии и измерениях передаются получателю через WLAN или через спутник.Проекты в Северном мореБуй LiDAR в настоящее время используется в исследовательском проекте у побережья Дании, а другой буй будет использоваться для демонстрационных измерений в Северном море.
В рамках этого проекта ученые стремятся представить свою разработку консорциуму Offshore Wind Accelerator (OWA), объединенному некоммерческой организацией Carbon Trust, чьей миссией является содействие переходу к экологически чистой экономике. «Если вы соответствуете критериям OWA, вы получаете статус докоммерческого уровня, который посылает важный сигнал нашим потенциальным клиентам. Это показывает, что наша система полностью работоспособна, и позволяет нам обращаться к проектировщикам и операторам ветряных электростанций с различными предложениями, такими как долгосрочные измерения для прогнозирования урожайности и онлайн-измерения ветра во время установки », — говорит Рудольф.