풍력 산업 시뮬레이션 도구의 정확성을 향상시키기 위해 텍사스 풍력 터빈에서 레이저 회전

GE(General Electric)와 협력하고 미국 에너지부(DOE) 풍력 에너지 기술 사무소(WETO)의 자금 지원을 받아 연구원들은 샌디아 국립 연구소 (산디아)와 국립재생에너지연구소 (NREL)은 스피너 라이더(Spinner LiDAR)라는 장치를 허브에 성공적으로 설치 및 배포했습니다. 블레이드와 메인 샤프트를 연결하는 구조 — 텍사스 주 러벅에 있는 2.8메가와트 GE 풍력 터빈. 회전 레이저를 사용해 매우 정확한 풍속 데이터를 제공하는 스피너 라이더(Spinner LiDAR)가 로터 공기역학, 공탄성 및 웨이크(RAAW) WETO가 자금을 지원하는 실험.

Sandia는 터빈에 접근하는 바람의 난류 구조를 측정하고 풍력 터빈 블레이드의 불안정한 공기 역학적 하중에 대한 모델 예측을 개선하기 위해 GE 풍력 터빈에 스피너 라이더를 설치했습니다. (사진: Tommy Herges, 산디아)

Sandia의 RAAW 실험 수석 조사관인 Chris Kelley는 “이 프로젝트는 기존 및 신흥 풍력 터빈 모델을 개선하고 검증하기 위한 데이터를 수집하는 것입니다.”라고 말했습니다.

풍력 산업을 위한 모델 및 검증 기술을 개선하는 것은 DOE 국립 연구소의 연구원들이 청정 에너지를 생산하고 2035년까지 100% 청정 전력 부문, 2050년까지 순 제로 배출 경제라는 미국의 목표를 달성하는 데 도움이 되는 혁신적인 방법을 연구하는 한 가지 방법입니다. .

스피너 라이더는 풍력 터빈에 접근하면서 터빈 블레이드를 피로하게 하고 성능을 저하시키는 바람인 풍속과 난기류를 모두 측정합니다. 이러한 측정은 전체 로터 스윕 영역(회전 블레이드가 스윕하는 원)에서 2초마다 발생합니다. 이는 기상 타워보다 더 많은 데이터를 제공하여 궁극적으로 미래의 풍력 에너지 모델을 향상시킵니다.

Miguel Hernandez가 GE 터빈 허브 내에서 스피너 라이더를 설치하고 회전시키기 위한 장비를 준비하고 있습니다. (사진: Tommy Herges, 산디아)

포괄적이고 고유한 데이터 세트를 생성함으로써 이 3년간의 협력을 통해 두 DOE의 정확성이 향상될 수 있습니다. ExaWind 코드 제품군 GE의 시뮬레이션 도구. 설계 코드에 대한 이러한 개선은 보다 강력하고 안정적인 풍력 터빈 블레이드 설계로 이어질 수 있으며 풍력 에너지의 균등화 비용을 줄일 수 있습니다.

“이러한 측정 결과는 400피트가 넘는 풍력 터빈 로터의 면적에 걸쳐 바람이 어떻게 다른지 보여줍니다.”라고 말했습니다. NREL 연구원 Paula Doubrawa. “예를 들어 블레이드 중 하나가 다른 두 개보다 더 많이 구부러지면 해당 시간 동안 바람의 상호 작용을 조사하여 무슨 일이 일어났는지 이해할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 상세한 바람 데이터를 컴퓨터 시뮬레이션에 입력하고 시뮬레이션된 블레이드가 실제 블레이드와 동일한 방식으로 반응하는지 확인할 수 있습니다. 효율적인 풍력 터빈 설계 및 운영을 위해서는 컴퓨터 모델의 성능을 입증하는 것이 중요합니다.”

연구원들은 덴마크 기술 대학에서 스피너 라이더 장비를 구입하여 맞춤형 장착 프레임과 그에 수반되는 하드웨어를 설계하고 제작했습니다.

“LiDAR를 설치하려면 장비가 너무 커서 설치하기에는 상당한 계획이 필요했습니다. 설치하다 내부에서 엔진 실 또는 허브입니다.”라고 Kelley는 말했습니다. “GE는 LiDAR 장착 개념을 개발하는 데 도움을 주었고 Sandia 팀은 회전식 힌지가 있는 LiDAR 장착 프레임을 설계하고 제작했습니다. 대형 크레인은 설치 과정의 일부였으며 피벗을 통해 터빈 허브 내의 인력이 라이더를 크레인에서 분리할 수 있었습니다.”

실험팀은 2023년 4월부터 데이터 수집을 시작하여 2023년 11월까지 계속될 스피너 라이더 장비로부터 유입되는 데이터를 수집했습니다. 시뮬레이션 도구의 유효성을 검증할 수 있도록 다양한 터빈 작동 상태 및 바람 조건에 대한 데이터가 라이더 장비에서 수집되었습니다. 모든 작동 조건에 대해.

자세히 알아보기 RAAW 프로젝트 그리고 웨토‘에스 더 큰 몸체 분위기에서 전자로 일하다.

풍력 에너지 기술 사무소, 제공: Energy.gov.