211service.com
Lasersensoren voor windturbines
Een nieuw glasvezellasersysteem kan windsnelheid en -richting tot 1000 meter voor een windturbine meten, waardoor de enorme machines genoeg kostbare seconden krijgen om zich proactief aan te passen aan windstoten en plotselinge veranderingen in windrichting. Het apparaat, ontwikkeld door Vang de wind , een startup gevestigd in Manassas, VA, zou de efficiëntie van windturbines kunnen verbeteren en voorkomen dat ze kapot gaan.
Wind spotten: Een prototype van een nieuw lasergebaseerd LIDAR-systeem, hier afgebeeld, kan horizontaal drie onzichtbare laserstralen tot 300 meter voor een windturbine projecteren. Kleine deeltjes in de wind worden gedetecteerd als ze door de stralen gaan.
Het apparaat zou kunnen helpen de kosten van hernieuwbare elektriciteit uit wind te verlagen. Windturbines verliezen ongeveer 1 procent van hun bedrijfsefficiëntie voor elke graad dat hun wieken niet zijn uitgelijnd met de naderende wind. Catch the Wind beweert dat zijn lasersysteem het vermogen van de turbine met 10 procent kan verhogen door de nauwkeurigheid van de oriëntatie te verbeteren. De spoed van de bladen kan ook voor de wind worden aangepast om slijtage aan de tandwielkastcomponenten en bladen van de turbine te verminderen, reparatie- en onderhoudskosten tot 10 procent te verlagen en de levensduur van een windpark te verlengen, zegt het bedrijf.
John Kourtoff, chief executive officer van offshore windontwikkelaar Trilliumvermogen , noemt de aanpak van Catch the Wind conceptueel intrigerend als het zowel de kosten van het windpark kan verlagen als de inkomsten kan verhogen. Op het eerste gezicht is het logisch. Het zou voor ons voordelig zijn, zegt hij. Maar ik zou echte veldgegevens moeten zien.
De huidige meetsystemen voor windenergie, zowel mechanische anemometers als meer geavanceerde LIDAR-apparaten (lichtdetectie en -afstand) worden voornamelijk gebruikt om te bepalen of een locatie geschikt is voor een windpark. De systemen worden ook bewaard als onderdeel van on-site weerstations die worden gebruikt voor windvoorspellingen op langere termijn. Realtime gegevens kunnen ook worden verzameld door een kleine windmeter op de achterkant van de gondel van een turbine te monteren, zegt Kourtoff. Het probleem met deze opstelling is dat de lucht na het passeren van de turbinebladen zo verstoord wordt dat de metingen vaak scheef en onbetrouwbaar zijn. Ook kan de turbine alleen reageren op windveranderingen nadat de bladen zijn geraakt, waardoor ze een paar seconden kwetsbaar zijn voor een reeks straffende krachten veroorzaakt door windschering, windstoten en turbulentie.
Catch the Wind heeft LIDAR aangepast zodat hij op windturbines kan worden gemonteerd en gebruikt kan worden om tijdig windveranderingen te meten om aanpassingen aan de turbine te maken. Het pulseert drie onzichtbare laserstralen voor de turbine die tegelijkertijd zowel verticale als horizontale windsnelheden op verschillende afstanden kunnen meten, evenals plotselinge richtingsveranderingen. Net als conventionele LIDAR doet hij dit volgens het Doppler-principe: wanneer de laser terugkaatst op kleine stofdeeltjes die door de wind worden meegevoerd, verandert hij van kleur. De kleur van de laser is recht evenredig met de snelheid van het deeltje. Het apparaat maakt gebruik van eigen algoritmen om deze gegevens om te zetten in metingen van windsnelheid en -richting voordat het een actie doorgeeft aan het besturingssysteem van de turbine. Het apparaat geeft 20 seconden van tevoren bericht - genoeg om de gondel te draaien en de bladen in een hoek te plaatsen, zodat de turbine meer windenergie kan opvangen en de belasting van de onderdelen vermindert.
Conventionele LIDAR is niet geschikt voor montage op windturbines, omdat deze apparaten afhankelijk zijn van spiegels, die nauwkeurig moeten worden gepositioneerd, om een enkele straal als een driedimensionale kegel te projecteren, zegt Philip Rogers, president van het bedrijf. Veranderingen in temperatuur of plotselinge bewegingen kunnen ervoor zorgen dat de spiegels niet goed uitgelijnd zijn. Het apparaat van het bedrijf van Rogers vervangt spiegels door glasvezel die drie afzonderlijke stralen projecteert. Dit ontwerp maakt het robuust, klein en licht genoeg om permanent op een turbinegondel te worden gemonteerd en in het besturingssysteem te worden geïntegreerd. Het lijkt erg op solid-state elektronica, legt Rogers uit. Het zorgt voor een zeer compact en robuust systeem dat niet gevoelig is voor schokken, temperatuurveranderingen en andere dingen veroorzaakt door beweging.
Het systeem van Catch the Wind wordt momenteel in de praktijk getest bij de Windenergie Instituut van Canada op de winderige kustlijn van Prince Edward Island. Paul Dockrill, directeur technologie bij het instituut, zegt dat het apparaat presteerde goed onder de eerste grondtests bovenop een statief. Het zal binnenkort op de gondel van een turbine worden gemonteerd als onderdeel van een meer diepgaande studie.
Rogers stelt zich voor dat het glasvezelsysteem direct wordt geïntegreerd in nieuwe turbines op het punt van fabricage, en ook wordt ingebouwd in de duizenden turbines die vandaag al in bedrijf zijn. We zijn in gesprek met een aantal fabrikanten en we hebben veel belangstelling gezien, zegt hij, eraan toevoegend dat de bètaversies van het apparaat volgend voorjaar zullen komen en dat de commerciële productie eind 2010 is gepland.