Tại trang trại gió Block Island, các nhà nghiên cứu đo lường tác động của việc giảm gió đối với sản xuất năng lượng
bởi Cesareo Contreras, Đại học Northeastern
Nguồn: Beth Fitzpatrick từ Pexels
Tua bin gió là thành phần chính của cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo, chuyển đổi năng lượng gió thành điện để cung cấp năng lượng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp.
Tuy nhiên, chúng dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khí động học được gọi là "hiệu ứng đánh thức" có thể làm giảm sản lượng năng lượng khoảng 10 đến 20%. Trong một số trường hợp cực đoan, sản lượng năng lượng có thể giảm tới 40%.
Hiện tượng này có thể gây ra tải trọng bổ sung lên các thành phần cấu trúc và làm giảm hiệu suất tổng thể, Eleonora Tronci, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường của Đại học Northeastern giải thích.
Giảm thiểu hiệu ứng đánh thức là điều cần thiết để cải thiện hiệu quả và tuổi thọ của các trang trại gió.
Mặc dù hiệu ứng đánh thức đã được nghiên cứu rộng rãi trong các mô hình lý thuyết và tiền thiết kế, nhưng vẫn cần có thêm nhiều nghiên cứu thực nghiệm hơn tại các trang trại gió đang hoạt động, Tronci giải thích.
"Hiểu được các tương tác của luồng gió không chỉ giúp chúng ta cải thiện thiết kế trang trại gió trước khi chúng được xây dựng mà còn cung cấp thông tin về cách chúng ta có thể tối ưu hóa sản xuất năng lượng", bà nói.
Đó là lý do tại sao nghiên cứu gần đây được công bố trên Renewable Energy, do Tronci và Sina Shid-Moosavi đồng sáng tác, về tác động của hiệu ứng luồng gió đối với Trang trại gió Block Island lại có giá trị đến vậy, đặc biệt là khi nhu cầu năng lượng tái tạo trên toàn cầu tiếp tục tăng.
Trang trại gió Block Island, nơi trở thành trang trại gió ngoài khơi thương mại đầu tiên tại Hoa Kỳ vào năm 2016, đã đưa ra một nghiên cứu điển hình thú vị, vì các tua-bin của trang trại được "sắp xếp theo một đường thẳng gần như", các nhà nghiên cứu viết. Để điều tra điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu được giám sát trong thế giới thực để phân tích tương tác luồng gió tại địa điểm này.
Hiệu ứng luồng gió hoạt động như thế nào
Để hiểu được hiệu ứng luồng gió hoạt động như thế nào, việc hình dung bố cục của trang trại gió và cách các tua-bin được bố trí cạnh nhau sẽ rất hữu ích. Thông thường, các tua-bin được xếp chồng lên nhau gần nhau trong một khu vực dày đặc. Mặc dù điều đó có thể sử dụng không gian hiệu quả, nhưng nó cũng gây ra vấn đề.
Khi gió đi qua tuabin đầu tiên trong một chồng, nó tạo ra sự nhiễu loạn tăng lên và làm giảm tốc độ gió, khiến các tuabin tiếp theo trong chồng kém hiệu quả hơn và dễ bị hư hỏng do mỏi. Do đó, thuật ngữ "rẽ gió" trong hiệu ứng rẽ gió trực tiếp ám chỉ sự nhiễu loạn trong gió khi nó di chuyển về hạ lưu.
Người ta đã làm gì tại Block Island?
Tại Block Island Wind Farm, các nhà nghiên cứu đã phân tích một số thông số vận hành và mô hình cho hiệu ứng rẽ gió, bao gồm cường độ nhiễu loạn, góc lệch (vòng quay của tuabin gió) và hệ số công suất và lực đẩy.
Trong số tất cả các yếu tố, cường độ nhiễu loạn là thông số quan trọng nhất thúc đẩy hiệu ứng rẽ gió. Tuy nhiên, đây cũng là yếu tố khó đo lường nhất vì cần có cảm biến lidar để thu thập dữ liệu chính xác, Shid-Moosavi giải thích.
Tronci và Shid-Moosavi, sử dụng các phép đo LiDAR từ ASIT của Viện Hải dương học Woods Hole tại Đài quan sát ven biển Martha's Vineyard, đã quan sát thấy sự thay đổi theo mùa về cường độ nhiễu loạn, tương quan với những thay đổi trong hiệu ứng rẽ gió. Họ đề xuất xem xét những biến thể này bằng cách đặt cảm biến lidar gần các trang trại gió và theo dõi chúng trong nhiều mùa.
Các mô hình mô phỏng chính xác hơn
Dữ liệu đó là chìa khóa để các nhà nghiên cứu tạo ra các mô hình mô phỏng trang trại gió chính xác hơn. Các mô phỏng đó rất quan trọng để họ hiểu được "các tương tác của luồng gió" tác động đáng kể đến hiệu ứng luồng gió.
Nghiên cứu này, được thực hiện với sự hợp tác của Đại học Tufts, là nghiên cứu đầu tiên trong số nhiều nghiên cứu mà Shid-Moosavi và Tronci dự định thực hiện trong vài năm tới để hiểu rõ hơn về hiện tượng này.
"Khi bạn cung cấp cho mọi người hiểu biết tốt hơn về điều này và các công cụ dự đoán về cách các động lực tương tác khác nhau này thay đổi, điều đó có thể giúp thông báo trong trạng thái thiết kế trước hoặc nếu bạn có một trang trại đang hoạt động, tuổi thọ dự kiến của các cấu trúc này do các tương tác này là bao nhiêu", Tronci nói.
