211service.com
Lasersensorer för vindturbiner
Ett nytt fiberoptiskt lasersystem kan mäta vindhastighet och vindriktning upp till 1000 meter framför ett vindturbin, vilket ger de massiva maskinerna tillräckligt med dyrbara sekunder för att proaktivt anpassa sig till vindbyar och plötsliga förändringar i vindriktningen. Enheten, utvecklad av Fånga vinden , en start baserad i Manassas, VA, skulle kunna förbättra effektiviteten hos vindturbiner och hindra dem från att gå sönder.
Vindfläckar: En prototyp av ett nytt laserbaserat LIDAR-system, som visas här, kan horisontellt projicera tre osynliga laserstrålar upp till 300 meter framför ett vindturbin. Små partiklar i vinden upptäcks när de korsar strålarna.
Enheten kan hjälpa till att sänka kostnaderna för förnybar el från vindkraft. Vindkraftverk förlorar ungefär 1 procent av sin driftseffektivitet för varje grad deras blad inte är i linje med den mötande vinden. Catch the Wind hävdar att dess lasersystem kan öka turbineffekten med 10 procent genom att förbättra orienteringsnoggrannheten. Bladens stigning kan också justeras före vinden för att minska slitaget på turbinväxellådans komponenter och blad, sänka reparations- och underhållskostnaderna med upp till 10 procent och förlänga livslängden på en vindkraftpark, säger företaget.
John Kourtoff, verkställande direktör för vindkraftsutvecklare till havs Trillium Power , kallar Catch the Winds tillvägagångssätt konceptuellt spännande om det både kan minska vindkraftskostnaderna och öka intäkterna. På första sidan är det vettigt. Det skulle vara fördelaktigt för oss, säger han. Men jag måste se riktiga fältdata.
Aktuella mätsystem för vindenergi – både mekaniska vindmätare och mer avancerade LIDAR-enheter (light detecting and rangeing) – används främst för att avgöra om en plats är lämplig för en vindkraftspark. Systemen hålls också som en del av väderstationer på plats som används för långsiktig vindprognos. Realtidsdata kan också samlas in genom att montera en liten vindmätare på baksidan av en turbins nacell, säger Kourtoff. Problemet med denna uppställning är att luften är så störd efter att ha passerat turbinbladen att mätningarna ofta är skeva och opålitliga. Dessutom kan turbinen bara reagera på vindförändringar efter att dess blad har träffats, vilket gör dem sårbara i några sekunder för en rad straffkrafter orsakade av vindskjuvning, vindbyar och turbulens.
Catch the Wind har anpassat LIDAR så att den kan monteras på vindkraftverk och användas för att mäta vindförändringar i tid för att göra justeringar av turbinen. Den pulserar tre osynliga laserstrålar framför turbinen som samtidigt kan mäta både vertikala och horisontella vindhastigheter på olika avstånd, samt plötsliga riktningsförändringar. Liksom konventionell LIDAR gör den detta med hjälp av Dopplerprincipen: när lasern studsar av små dammpartiklar som bärs i vinden ändrar den färg. Färgen på lasern är direkt proportionell mot partikelns hastighet. Enheten använder egenutvecklade algoritmer för att omvandla dessa data till mätningar av vindhastighet och riktning innan den kommunicerar ett handlingssätt till turbinens styrsystem. Enheten ger 20 sekunders förvarning – tillräckligt för att vrida gondolen och vinkla bladen så att turbinen kan fånga upp mer av vindenergin samtidigt som belastningen på dess delar minskar.
Konventionell LIDAR är inte lämpad för montering på vindturbiner eftersom dessa enheter förlitar sig på speglar, som måste vara exakt placerade, för att projicera en enda stråle som en tredimensionell kon, säger företagets VD Philip Rogers. Förändringar i temperatur eller plötsliga rörelser kan få speglarna ur inriktning. Rogers företags enhet ersätter speglar med fiberoptik som projicerar tre separata strålar. Denna design gör den robust, liten och lätt nog att permanent monteras på en turbingondol och integreras i dess kontrollsystem. Det är mycket besläktat med solid state-elektronik, förklarar Rogers. Det ger ett mycket kompakt och robust system som inte är mottagligt för stötar, temperaturförändringar och andra saker som orsakas av rörelse.
Catch the Winds system testas för närvarande på fältet Vindenergiinstitutet i Kanada på Prince Edward Islands blåsiga strandlinje. Paul Dockrill, chef för teknik vid institutet, säger att enheten presterade bra under första marktester ovanpå ett stativ. Den kommer snart att monteras på gondolen av en turbin som en del av en mer djupgående studie.
Rogers föreställer sig att det fiberoptiska systemet integreras direkt i nya turbiner vid tillverkningstillfället, och även eftermonteras till de tusentals turbiner som redan är i drift idag. Vi för diskussioner med ett antal tillverkare och vi har sett ett stort intresse, säger han och tillägger att betaversioner av enheten kommer nästa vår, och kommersiell produktion är inriktad på slutet av 2010.