Контакт с пиками и корытами неустойчивой возобновляемой энергии станет все более и более сложным, поскольку правительства пытаются поэтапно осуществить из более стабильных приведенных в действие углем источников энергии в ближайшие десятилетия. Чтобы смягчить или справиться с этими колебаниями возобновляемой энергии, мы должны понять природу этих колебаний лучше.
Профессор Махеш Бэнди, глава Коллективной Единицы Взаимодействий в Институте Окинавы Университета Выпускника Науки и техники (OIST) использовал теорию турбулентности, объединенную с экспериментальными данными завода ветра, чтобы объяснить статистическую природу колебаний энергии ветра работы единственного автора, опубликованной в Physical Review Letters.Образцы скорости ветра могут быть изображены как спектр скорости ветра на графе. В 1941 российский физик Андрей Кольмогоров разработал спектр колебаний скорости ветра.
Впоследствии, было показано, что спектр для энергии ветра следует за тем же самым образцом. Однако до сих пор просто предполагалось, что эти спектры были идентичны из-за отношений между властью и скоростью, где власть равняется возведенной в куб скорости ветра.
Но это, оказалось, было отвлекающим маневром. Профессор Банди показал впервые, что спектр колебаний энергии ветра следует за тем же самым образцом как колебания скорости ветра по различной причине.
Результат Кольмогорова 1941 года относится к измерениям скорости ветра, сделанной в нескольких распределенных пунктах в космосе в то же время. Но колебания энергии ветра в турбине измерены в фиксированном местоположении по расширенному периоду времени. Эти два измерения существенно отличаются, и тщательно составляя это различие, профессор Банди смог объяснить спектр колебаний энергии ветра для отдельной турбины.Мы можем думать о турбулентности как о шаре воздуха или ‘вихре’, колеблющейся скорости ветра.
Долгие временные рамки, низкочастотные водовороты могут охватить сотни километров. В этих больших водоворотах более короткие временные рамки, высокочастотные водовороты, которые могли бы охватить несколько километров. Поэтому, если все турбины на том же самом заводе ветра находятся в пределах тех же самых коротких и длинных водоворотов временных рамок, энергия, которую они производят, колеблется, как будто весь завод был одной гигантской турбиной. Это точно, что нашел профессор Банди, когда он посмотрел на колебания энергии ветра всех турбин на заводе ветра в Техасе.
На самом деле даже географически рассеянные заводы ветра могут показать коррелируемые колебания власти, если они находятся в пределах тех же самых коротких и длинных водоворотов временных рамок. Однако как расстояние между увеличениями заводов ветра, их колебания мощности начинают расцеплять друг от друга. Два географически рассеянных завода ветра могли бы столкнуться с теми же самыми долгими колебаниями скорости ветра временных рамок, сталкиваясь с абсолютно отличными более короткими колебаниями скорости ветра временных рамок.В прошлом некоторые ученые недооценили проблему турбулентности, утверждая, что энергия, произведенная географически рассеянными ветряными двигателями в ветреных и спокойных местоположениях в любом пункте вовремя, составит в среднем, когда они достигнут централизованной сетки.
Однако результаты профессора Банди показывают впервые, что это явление, известное как ‘географическое сглаживание’, только работает до некоторой степени.Энергия, произведенная географически рассеянными средними числами заводов по производству турбин в высоких частотах, потому что, в то время как один завод мог бы находиться в пределах короткого вихря временных рамок, другой, не мог бы.
Другими словами, продукция скачка напряжения на одном заводе составлена в среднем корытом в выходной мощности от другого, далекого завода в высоких частотах. Но потому что заводы все еще находятся в пределах того же самого длинного вихря временных рамок, энергия, которую они производят, будет коррелировать колебания в низких частотах, которые производят большую часть энергии. Скачок напряжения на одном заводе по производству ветряных двигателей совпадет со скачком на далеком заводе в том же самом длинном вихре временных рамок, означая, что власть, которую они кормят сетку, не может быть составлена в среднем.
Это означает, что есть естественный предел тому, насколько можно насчитать колебания энергии ветра; предел, вне которого колебания могут продолжить наносить ущерб сетке. Используя данные 20 заводов ветра в Техасе и 224 ветровых электростанций в профессоре Ирландии Банди показал, что этот предел существует в действительности.«Понимание природы колебаний мощности ветряного двигателя имеет непосредственные последствия для создания экономического и политического решения», говорит профессор Банди.
Из-за изменчивости возобновляемых источников энергии, электростанции, работающие на угле, обеспечивающие резервную энергию, сохранены, бегая в случае внезапных отключений электроэнергии, подразумевая, что больше энергии произведено, чем необходимый. Это означает, что ‘зеленая’ энергия все еще способствует выбросам углерода, и есть связанная стоимость поддержания запасной энергии, которая только увеличится как пропорция увеличений возобновляемых источников энергии за последующие годы.
Открытие предела в географическом сглаживании, ясно сформулированном профессором Банди, позволит лучшие оценки действующей суммы запасов, которая должна сохраняться.Это открытие также повлияет на экологическую политику.
Рассматривая предел для усреднения колебаний власти, объединенной с доступностью различных возобновляемых ресурсов, таких как солнце, ветер и волны в конкретной области, влиятельные политики будут лучше снабжены, чтобы разработать оптимальные комбинации различных источников энергии для определенных регионов«Понимание природы колебаний для ветряных двигателей могло также открыть другие пути исследования в других нерегулярно изменяющихся системах», говорит профессор Банди.