Вчені досліджували можливі проблеми, які може створити для майбутніх енергосистем широкомасштабне зростання вітроенергетики.
Вітряні турбіни працюють в умовах значної турбулентності, і це впливає на стабільність енергосистеми.
Дослідники Патрік Мілан, Матіас Вачтер і Йоахім Пінке (Patrick Milan, Matthias Wachter, Joachim Peinke) з Центру дослідження вітроенергетики Ольденбурзького університету опублікували в журналі Physical Review Letters роботу «Turbulent Charinter».
Сучасні енергосистеми отримують енергію в основному від невеликого числа потужних генераторів з контрольованим виробленням (газові, вугільні, гідро- та атомні електростанції). Сумарне вироблення енергії від цих джерел може управлятися автоматично, що забезпечує баланс вироблення і споживання, гарантуючи стабільність всієї енергосистеми. Але якщо нинішні джерела електроенергії значною мірою керовані, вироблення енергії вітрогенераторами некероване і змінюється стрибками.
Для тимчасових інтервалів близько декількох хвилин і більше перетворення енергії вітру в електричну можна уявити у вигляді стандартної кривої середньої потужності. Але на менших часових інтервалах все виявляється не так просто. Гладка крива перетворюється на складну мультифрактальну залежність, для якої застосовна теорія турбулентності, створена радянським математиком Андрієм Миколайовичем Колмогоровим.
Якщо спостерігати за роботою вітряної турбіни, може здатися, що вона обертається практично рівномірно, але, якщо вимірювати вихідну потужність вітрогенератора (яка залежить від величин сил і крутячих моментів всередині установки), виявиться, що флуктуації потужності мають «турбулентний» характер. У цьому відношенні вітряна турбіна подібна літаку, що здійснює посадку при сильному вітрі. Зовнішньому спостерігачеві здається, що літак рухається плавно, в той час як ті, хто знаходиться всередині, відчувають комплекс неприємних відчуттів, пов'язаних з турбулентністю. Важливо відзначити, що вітряна турбіна завжди працює в умовах такої «турбулентної посадки».
Моделювання показало, що стрибкоподібні зміни сили вітру перетворюються на різкі стрибки вихідної електричної потужності. Іншими словами, вітрогенератори не тільки передають пориви вітру в мережу, а й підсилюють їх. Наприклад, зміна швидкості вітру на 11 м/с протягом 8 секунд може викликати зміну потужності на виході генератора на 80%. Таке «посилення» пояснюється нелінійністю процесу перетворення енергії і швидкою реакцією вихідної потужності на зміни швидкості вітру.
Більш того, стрибки потужності відбуваються не тільки на окремих установках, але характерні і для вітряної електростанції в цілому. Вітряні електростанції поводяться в цьому сенсі парадоксально. Здавалося б, що флуктуації потужності повинні усереднюватися при підсумовуванні потужностей окремих турбін. Однак цього не відбувається, оскільки коливання вітру корелюють у межах електростанції. Виходячи з того, що кореляції вітру можуть спостерігатися на відстанях в сотні кілометрів, вчені очікують, що стрибки потужності в енергосистемі не будуть повністю нівелюватися і на таких великих масштабах.
Результати досліджень показують необхідність врахування нестабільного і фрактального характеру поведінки вітряних енергетичних установок при проектуванні електростанцій, включаючи технології накопичення енергії. Виявляється, що ситуація нагадує зроблене багато років тому відкриття фрактальної поведінки фінансових ринків, без розуміння якого неможливо було б підтримувати їх стабільність.
Подальші дослідження група збирається вести в напрямках вивчення впливу виявленої турбулентності на стійкість енергетичних мереж і розробки методів мінімізації негативних ефектів.
За повідомленням PhysOrg
