الجيل القادم من تكنولوجيا الرياح

مكتب تقنيات طاقة الرياح WETO Research & Development تكنولوجيا الجيل القادم من الرياح
يعمل مكتب تقنيات طاقة الرياح (WETO) مع شركاء الصناعة لزيادة أداء وموثوقية تقنيات الرياح من الجيل التالي مع خفض تكلفة طاقة الرياح. ساعدت الجهود البحثية للمكتب في زيادة متوسط عامل السعة (مقياس إنتاجية محطة الطاقة) من 22٪ لتوربينات الرياح التي تم تركيبها قبل عام 1998 إلى ما يقرب من 35٪ في المتوسط اليوم ، ارتفاعًا من 30٪ في عام 2000. تم تخفيضها من أكثر من 55 سنتًا (بالدولار الحالي) للكيلوواط / ساعة (kWh) في عام 1980 إلى ما متوسطه أقل من 3 سنتات لكل كيلوواط ساعة في الولايات المتحدة اليوم. لضمان نمو الصناعة في المستقبل ، يجب أن تستمر تكنولوجيا صناعة الرياح في التطور ، والبناء على النجاحات السابقة لزيادة تحسين الموثوقية ، وزيادة عوامل القدرة ، وخفض التكاليف. تصف هذه الصفحة هدف جهود أبحاث تكنولوجيا الرياح على نطاق المرافق في WETO وتسلط الضوء على بعض مشاريعها الأخيرة.

يمكن العثور على تقنيات طاقة الرياح المتاحة للترخيص من مختبرات وزارة الطاقة الأمريكية والمؤسسات البحثية المشاركة في بوابة ابتكار الطاقة التابعة لمكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة. اعرض جميع مشاريع البحث والتطوير لتقنيات الجيل التالي من WETO من خلال زيارة خريطة مشاريع WETO واختيار مجال البرنامج: تطوير وتصنيع تكنولوجيا الجيل التالي.

يسلط الضوء على مشروع البحث
هذه هي بعض أبرز المشاريع البحثية من الجيل التالي من أبحاث تكنولوجيا الرياح في البرنامج.

تطوير النموذج الأولي
أصبحت توربينات الرياح الحديثة أكثر فعالية من حيث التكلفة وأكثر موثوقية ، وقد توسع حجمها إلى تصنيفات طاقة متعددة ميغاواط. منذ عام 1999 ، ازداد متوسط سعة التوربينات ، حيث تم تركيب التوربينات في عام 2016 بمتوسط 2.15 ميجاوات من السعة. ساعدت أبحاث WETO في تسهيل هذا الانتقال ، من خلال تطوير شفرات دوارة أطول وأخف وزنًا وأبراجًا أطول ومحركات دفع أكثر موثوقية وأنظمة تحكم لتحسين الأداء.

خلال العقدين الماضيين ، عمل المكتب مع الصناعة لتطوير عدد من تقنيات النماذج الأولية ، والتي أصبح الكثير منها منتجات قابلة للتطبيق تجاريًا. أحد الأمثلة على ذلك هو توربينات الرياح GE Wind Energy 1.5 ميغاواط. منذ أوائل التسعينيات ، عمل البرنامج مع جنرال إلكتريك وأسلافها لاختبار مكونات مثل الشفرات والمولدات وأنظمة التحكم على أجيال من تصاميم التوربينات التي أدت إلى نموذج جنرال إلكتريك بقدرة 1.5 ميجاوات ، والذي شكل ما يقرب من نصف طاقة الرياح التجارية المثبتة في البلاد. أسطول الطاقة ومنافس رئيسي في الأسواق العالمية.

تطوير المكونات

عملت WETO مع شركاء الصناعة لتحسين أداء وموثوقية مكونات النظام. عمل قسم Knight and Carver’s Wind Blade في ناشيونال سيتي بولاية كاليفورنيا مع باحثين في مختبرات سانديا الوطنية التابعة لوزارة الطاقة لتطوير شفرة توربينات رياح مبتكرة أدت إلى زيادة في التقاط الطاقة بنسبة 12٪. إن شفرة الدوار التكيفي (STAR) عبارة عن طرف منحني بلطف ، على عكس الغالبية العظمى من الشفرات المستخدمة ، فقد تم تصميمه خصيصًا لتحقيق أقصى استفادة من جميع سرعات الرياح ، بما في ذلك السرعات البطيئة.

في الآونة الأخيرة ، لدعم تطوير علب تروس أكثر موثوقية ، عمل البرنامج مع العديد من الشركات لتصميم واختبار مفاهيم مبتكرة لنظام الدفع. من خلال دعم بقيمة 47 مليون دولار في تمويل وزارة الطاقة ، تم افتتاح أكبر وأحد مرافق اختبار طاقة الرياح الأكثر تقدمًا في العالم في جامعة كليمسون للمساعدة في تسريع نشر تكنولوجيا الطاقة من الجيل التالي ، وخفض التكاليف للمصنعين ، وتعزيز القدرة التنافسية العالمية للشركات الأمريكية.

لا يزال الابتكار في تصميم وتصنيع مكونات توليد طاقة الرياح أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق أهدافنا الوطنية للطاقة المتجددة.

وزارة الطاقة الأمريكية
مشروع مميز: لا يزال الابتكار في تصميم وتصنيع مكونات توليد طاقة الرياح أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق أهدافنا الوطنية. نتيجة لهذا التحدي ، يتعاون مكتب تقنيات طاقة الرياح ومكتب التصنيع المتقدم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية مع المؤسسات العامة والخاصة لتطبيق التصنيع الإضافي ، المعروف باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد ، لإنتاج قوالب ريش توربينات الرياح. تتطلب الطريقة التقليدية لتصميم الشفرة إنشاء سدادة ، أو تمثيل بالحجم الكامل للشفرة النهائية ، والتي تُستخدم بعد ذلك لصنع القالب. يعد إنشاء القابس أحد أكثر العمليات التي تستغرق وقتًا طويلاً والتي تتطلب عمالة مكثفة في بناء شفرة الرياح ، لذا فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد توفر هذه الموارد الهامة.

TURB البحث على نطاق المنفعة

ساعد المركز الوطني لتكنولوجيا الرياح (NWTC) التابع للمختبر الوطني للطاقة المتجددة في ريادة مكونات توربينات الرياح وأنظمتها وطرق النمذجة التي قادت تسريع الصناعة. يوفر المرفق مواقع اختبار متعددة ، والعديد من مقاييس الديناميكية ، وموارد التصنيع في الموقع ، وقدرات التحقق الهيكلية. تكمل الأبحاث التي يتم إجراؤها في NWTC مبادرة الغلاف الجوي إلى الإلكترونات (A2e) التابعة لوزارة الطاقة ، والتي تستهدف تخفيضات كبيرة في تكلفة طاقة الرياح من خلال فهم أفضل للفيزياء المعقدة التي تحكم تدفق الرياح إلى ومن خلال مزارع الرياح. تشمل أبحاث طاقة الرياح المبتكرة في NWTC ما يلي:

استخدام ديناميكيات السوائل الحسابية لتطوير المحاكي لتطبيقات مزرعة الرياح وأدوات النمذجة والتحكم الأخرى ، والتي تساعد مشغلي مزارع الرياح على تقليل تأثير تأثيرات تنبيه التوربينات من خلال التحقق من أداء المصنع في ظل مجموعة كاملة من الظروف الجوية. وقد أظهرت الدراسات أنه من خلال تنسيق ضوابط التوربينات للحد من تأثيرات اليقظة ، يمكن زيادة إجمالي إنتاج محطة طاقة الرياح بنسبة 4٪ -5٪.
استخدام نظام اختبار واجهة الشبكة القابل للتحكم ، والذي يقلل من أوقات وتكاليف اختبار شهادة توربينات الرياح مع تزويد مهندسي النظام بفهم أفضل لكيفية تفاعل توربينات الرياح والمحولات الكهروضوئية وأنظمة تخزين الطاقة مع الاضطرابات في نظام الطاقة الكهربائية.
تحليل طاقة الرياح البحرية في الولايات المتحدة لإلقاء الضوء على احتياجات الصناعة والفرص والتأثيرات المتوقعة في صناعة الطاقة المتجددة المزدهرة هذه.
رابط الفيديو

وزارة الطاقة الأمريكية
التعاون الدولي
بصفته عضوًا في اللجنة التنفيذية لطاقة الرياح التابعة للوكالة الدولية للطاقة (IEA) ، يدعم المكتب جهود أبحاث طاقة الرياح الدولية من خلال المشاركة في 12 مجالًا من أبحاث طاقة الرياح. توفر مشاركة المكتب في هذه الجهود البحثية الدولية للباحثين الأمريكيين فرصة للتعاون مع خبراء دوليين في مجال طاقة الرياح ، وتبادل أحدث المعلومات التقنية والمتعلقة بالسوق ، واكتساب ردود فعل قيمة للصناعة الأمريكية. لمزيد من المعلومات حول أنشطة الوكالة الدولية للطاقة.