Современные ВЭУ уже представляют собой тесно оптимизированное слияние материаловедения и аэродинамической инженерии. Пауль Веерс (Paul Veers) совместно с коллегами-учёными рассмотрели проблемы и возможности дальнейшего внедрения этих технологий с упором на необходимость междисциплинарного сотрудничества. Они подчёркивают необходимость лучшего понимания физики атмосферы в различных регионах эксплуатации более габаритных ветрогенераторов, а также указывают на материальные ограничения, связанные с ростом масштабов. Взаимодействие площадок, на которых установлены ветроустановки, друг с другом и с меняющимися характеристиками общей электросети потребует системного подхода к принципам будущего развития.
Структурированный реферат
Преамбула
Считается, что рост численности населения мира и растущий спрос на энергоуслуги приведут к значительному увеличению использования экологически чистых источников энергии. Ветроэнергетика уже сейчас – широко распространённая тенденция в энергетике, поддерживаемая десятилетиями научных открытий и технологических разработок. Дополнительные исследования и изучение проектных решений необходимы для стимулирования инноваций с целью удовлетворения проблем будущего спроса и функциональности. Однако рост масштабов и дальнейшее внедрение технологий приведёт к тому, что они станут предметом неопределённости как с научной, так и с технической точки зрения. В настоящем Обзоре рассматриваются важные проблемы в области ветроэнергетических исследований, которые необходимо решить, чтобы ветроэнергетика могла удовлетворять от трети до половины и даже выше мирового спроса на электроэнергию.
Преимущества
На основе результатов последнего международного семинара-практикума мы определили три основные задачи в области ветроэнергетических исследований, требующие дальнейшего прогресса со стороны научного сообщества: (1) улучшение понимания физики атмосферного потока в критической области работы ветряных электростанций, (2) материалы и системная динамика отдельных ветроустановок, а также (3) оптимизация и управление ветропарками, насчитывающими сотни отдельных генераторов, работающих по синергетической схеме в рамках более обширной системы электросетей. Эти важные проблемы взаимосвязаны, поэтому прогресс в каждой из областей должен основываться на параллельных достижениях в двух оставшихся областях. Характеристика рабочей зоны ветроэлектростанции в атмосфере будет иметь важное значение для проектирования ВЭУ следующего поколения и достижения динамического регулирования механизмами. Усовершенствованное прогнозирование характера атмосферного притока в дальнейшем позволит осуществлять управление станцией способом, необходимым для обеспечения функционирования энергосистемы. Эти вопросы науки о ветроэнергетике связывают ранее отделявшиеся друг от друга геопространственные и временные параметры, наличествующие в областях от физики атмосферы до гибких аэроупругих и механических систем диаметром более 200 метров и, в конечном счёте, до электрического интегрирования в энергосистему континентального масштаба и её обеспечения.
Ориентировочный прогноз
Решение масштабных исследовательских задач в области ветроэнергетики позволит ветроэнергетической установке будущего удовлетворять многим из грядущих потребностей в электроэнергии при обеспечении низкого уровня затрат. Взаимозависимость важнейших проблем требует расширения комплексных и междисциплинарных исследований. Методы обработки и упорядочения обмена крупными объёмами информации по многим дисциплинам (экспериментальным и вычислительным) также будут иметь решающее значение для успешного проведения комплексных исследований. Кроме того, исследования в областях, связанных с вычислительной техникой и теорией и методах анализа данных, помогут исследовательскому сообществу в его стремлении к дальнейшей интеграции моделей и данных в различных масштабах и дисциплинах.
Аннотация
Ветроэнергетика, пожинающая плоды использования передовых технических систем, отточенных в течение десятилетий исследований и разработок, является в наши дни одно из основных тенденций в электроэнергетике. Однако для реализации потенциала отрасли в целях удовлетворения мирового спроса на экологически чистую энергию необходимы постоянные инновации. Здесь мы выделяем три взаимосвязанных междисциплинарных крупных нерешённых технических задачи, лежащих в основе этой исследовательской деятельности. Первая – это необходимость более глубокого понимания физики атмосферного потока в критической области эксплуатации станции. Вторая – это научный подход к проектированию крупнейших в мире вращающихся механизмов динамического действия. Третья включает в себя оптимизацию и управление ветропарками, работающих по синергетической схеме в рамках более обширной системы электросетей. Решение этих проблем может позволить ветроэнергетике обеспечивать от трети до половины и даже выше мирового спроса на электроэнергию.
Источник: science.sciencemag.org