Vjetar i struja

Tipična oprema za meteorološka promatranja razvoja oluja mogla bi pomoći meteorolozima predvidjeti vjetrove dovoljno jake za pokretanje turbina vjetrenjača.

S tim znanjem, mogao bi se izbjeći i iznenadno preopterećenje električne mreže u trenutku kada se turbine počnu okretati velikom frekvencijom. “Mi znamo da će u jednom trenutku sigurno zapuhati, pravi je izazov predvidjeti kada i koliko jako”, navodi fizičar atmosfere Larry Berg. “U ovom se projektu koristimo zanimljivim pristupom. Mi zapravo prilagođujemo postojeću tehnologiju za nov način upotrebe. Doradom načina mjerenja želimo poboljšati prognozu na korist sustava pretvorbe energije vjetra u električnu energiju.” Berg i Rob Newsom, koji su oboje znanstvenici na Odjelu za energiju Pacific Northwest nacionalnog laboratorija, koriste različitu meteorološku opremu za mjerenje vjetrova na velikim visinama, preko 100 metara, što je ujedno i visina na kojoj se obično nalaze turbine vjetrenjača. Iako kompanije koje se bave pretvorbom energije vjetra u električnu energiju, uistinu vrše mjerenja na tim visinama, ta su mjerenja njihovo privatno vlasništvo koje zbog održanja konkurentnosti ne objavljuju. Mjerenja koja će vršiti PNNL bit će objavljena na internetu i dostupna svima.

Mjerenja izvršena na ovaj način omogućit će postavljanje točnijih prognoza jer su vršena na potpuno funkcionalnoj elektrani za pretvorbu energije vjetra pomoću vjetrenjača. Oprema za meteorološka promatranja postavljena je u blizini radio emitera i 300-megawatt pograničnog centra za pretvorbu energije vjetra, koji se nalazi duž istočne granice između država Washington i Oregon. Bilo koja kompanija može koristiti rezultate ovog istraživanja za odabir lokacije i način upravljanja vjetrenjačama. Prikupljanje podataka započelo je u studenom. Berg i Newsom nastavit će vršiti mjerenja još devet mjeseci. Radi se o najviše vjetrovitim mjesecima u godini. Tijekom tog perioda prikupit će se dovoljno podataka za kompletan prikaz prirode vjetra na spomenutoj visini. “Naš je cilj pomoći svima, ne samo jednoj grupi ili organizaciji, bolje razumjeti prirodu vjetra te naposljetku pozitivno utjecati na razvoj ovog alternativnog izvora energije”, ističe Newsom.

Zanimljivi alati
Znanstvenici prvo moraju dokumentirati ponašanje vjetra, za što im služi cijeli spektar sofisticirane opreme za meteorološka mjerenja. Jedan od ključnih instrumenata je i NEXRAD meteorološka Doppler radarska postaja u Pendletonu, svega tridesetak kilometara od granice države Oregon. Postaja, inače u vlasništvu Nacionalnog meteorološkog ureda, emitira kratke radio signale koji se odbijaju od kapi kiše i ostalih čestica u zraku. Nacionalnu mrežu ovih stanica rutinski koriste meteorolozi s televizijskih postaja za prikazivanje oblaka i oborina na svima nam poznatim šarenim zemljovidima. Na temelju računalne analize povratnih signala odredit će se ponašanje zračnih struja na području u blizini radara, što uključuje i već postojeće polje vjetrenjača.

Tim postavlja i posebnu opremu za određivanje smjera i mjerenje brzine vjetra. Kao i NEXRAD i ovaj uređaj emitira radio signale koji se reflektiraju na područjima s drugačijom stupnjem vlage u zraku ili druge temperature. Međutim, za razliku od NEXRAD-a, koji skenira čitav prostor samo jednom rotirajućom radarskom zrakom, ovaj uređaj u zrak šalje tri radarske zrake. Ovaj uređaj inače koristi Ustanova za istraživanje atmosferskih promjena pomoću radara koja radi kao dio Odjela za energiju.

Doppler SODAR je još jedan uređaj koji znanstvenicima stoji na raspolaganju. Ovaj uređaj umjesto radio signala koristi zvučne signale. Slično kao radar, i ovaj uređaj radi na principu odašiljanja pravilnog redoslijeda zvučnih signala visoke frekvencije koji se odbijaju na područjima s visokim stupnjem vlage u zraku ili različite temperature. Ovim uređajem znanstvenici mogu promatrati što se događa sa zračnim strujama na nižim visinama. Naposljetku, znanstvenici će na odašiljač postaviti ultrazvučne anemometre. Anemometar se sastoji od šest sićušnih mikrofona, a služi za mjerenje vremena potrebnog da zvučni signal prijeđe s jednog mikrofona na drugi. Osim što može poslužiti za mjerenje brzine, anemometrom se može odrediti i smjer vjetra. Sva ova oprema zajedno će pomoći znanstvenicima bolje shvatiti i predvidjeti ponašanje vjetra na visini na kojoj se nalaze turbine vjetrenjača.

Razvoj alternativnih izvora energije
Podaci prikupljeni tijekom ovog istraživanja poslužit će i za procjenu valjanosti i preciznosti računalnih modela atmosferskih uvjeta u blizini polja vjetrenjača. Meteorolozi se prilikom sastavljanja prognoza vremenskih uvjeta rutinski koriste upravo tim računalnim modelima. Prognoze se postavljaju od nekoliko sati do nekoliko dana unaprijed. Očekuje se da će na temelju tih informacija polja vjetrenjača raditi učinkovitije, ali i bolje integrirati generiranu električnu energiju u širu električnu mrežu. Međutim, poznato je da ovi modeli često griješe u predviđanju jakosti i vremena pojave jakih vjetrova i zapuha tijekom olujnog nevremena. Čak i mala pogreška u predviđanju brzine vjetra može drastično utjecati na očekivanu učinkovitost pretvorbe energije na poljima vjetrenjača.

Kada se nađu upravo u toj situaciji, osoblje koje upravlja mrežom mora prilagoditi ulaznu struju, često tako da preusmjere ili jednostavno ugase druge izvore energije. U Pacific Northwestu to znači prelijevanje vode preko brane umjesto usmjeravanja na turbine. Ponekad je potrebno takve zahvate učiniti trenutačno. To su situacije u kojima dolazi do preopterećenja mreže zbog iznenadnog naleta vjetra. Kada bi se takve nalete moglo pouzdano predvidjeti, elektrane bi se mogle na vrijeme pripremiti na promjenu načina rada. Slično se događa i u slučaju naglog smirivanja vjetra: mreža trpi šok zbog iznenadnog pada dotoka energije. Rezultati ovog istraživanja mogli bi pomoći kompanijama koje se bave vjetroenergetikom, u boljem odabiru prikladnog mjesta za gradnju polja vjetrenjača. Ove su kompanije ujedno i najveći ulagači u istraživanja karakteristika vjetra na određenim područjima. Ipak, predviđanje atmosferskih uvjeta na visinama na kojima se nalaze turbine vjetrenjače područje je koje se tek počelo razvijati.

Upravo iz tih razloga, na ovom istraživanju Newsom and Berg surađuju s dva industrijska partnera: 3TIER iz Seattlea, Washington, i WindLogics iz St. Paula, Minnesotta. Oba industrijska partnera pomažu znanstvenicima odabrati i procijeniti pogodnost lokaliteta za gradnju polja vjetrenjača. Njihovi stručnjaci na ovom istraživanju sudjeluju kao vanjski savjetnici koji pomažu pri određivanju koja su mjerenja važnija ili zanimljivija od ostalih. Ukoliko podaci prikupljeni NEXRAD-om budu odgovarali podacima prikupljenim drugim uređajima za meteorološka istraživanja, trenutačno će se uvrstiti u postojeći računalni model za predviđanje vremenskih uvjeta. Takav bi model zasigurno omogućio postavljanje pouzdanijih prognoza vremena. Ipak, u ovom trenutku praktična primjena rezultata mjerenja prelazi granice ovog istraživanja. Berg i Newsom se ipak nadaju kako će uskoro i to biti moguće.

Terenski rad u sklopu ovog istraživanja, započeo je početkom mjeseca i trajat će još otprilike devet mjeseci. Financijsku potporu ovom istraživanju osigurali su Ured za energetsku učinkovitost i razvoj alternativnih izvora energije, točnije Program za razvoj alternativnih izvora energije iz energije vjetra i vode (Odjel za energiju) i Ustanova za mjerenje atmosferskih uvjeta pomoću radijacije (Ured za znanost).

Izvor: DOE/Pacific Northwest National Laboratory

Comments Closed