La altura de las turbinas eólicas y la longitud de sus palas están aumentando rápidamente. Como resultado, las enormes fuerzas ejercidas sobre las palas y el cubo del rotor son cada vez mayores. Calcular cómo se comporta el viento en un parque eólico y lo que eso significa para los costos nivelados de la energía tiene muchas incertidumbres. TNO, junto con la empresa Whiffle, con sede en Delft, ha desarrollado un nuevo método de investigación que reduce significativamente la brecha entre la simulación y la realidad.
Métodos de cálculo innovadores
Los hallazgos se han publicado en el informe ‘Towards the use of Large Eddy Simulations (LES) for the generation of the Atmospheric Boundary Layer (ABL) inflow for wind turbine load calculations (pdf)‘, que fue copatrocinado por el Ministerio de Asuntos Económicos y Política Climática a través de Energy Innovation NL. La investigación forma parte de un proyecto que tiene como objetivo abaratar la energía eólica marina mediante el desarrollo de métodos de cálculo innovadores para modelar el comportamiento del viento. El consorcio, liderado por TNO, también incluye a Whiffle y GE Wind Energy GmbH.
Nuevos métodos para diseñar aerogeneradores
Informe conjunto de TNO Wiffle: Hacia el uso de grandes simulaciones de Foucault para la generación del flujo de entrada de la capa límite atmosférica para los cálculos de carga de turbinas eólicas
Complejidad del viento atmosférico
«El objetivo era permitir un modelado más realista del rendimiento y la fiabilidad de los aerogeneradores que operan sobre el terreno. Estos factores son el resultado de la interacción aerodinámica entre el viento y las palas de la turbina. Las cargas dependen en gran medida de las características del campo eólico. El comportamiento del viento atmosférico es complejo y específico del sitio. El viento se comporta de forma errática e impredecible.
Los modelos actuales siguen siendo demasiado simples y se basan en estadísticas y supuestos que no son representativos de la alta variación en las condiciones de un parque eólico. Todavía hay una brecha entre lo que los diseñadores de turbinas eólicas utilizan para sus cálculos y lo que sucede una vez que las turbinas se han instalado y puesto en funcionamiento en el mar o en tierra «, dice el experto de TNO Simone Mancini.
Nuevos conocimientos
TNO y Whiffle colaboran desde hace algún tiempo en el proyecto AeroLES, «Load calculation innovations using Large-Eddy-Simulations». Este proyecto está desarrollando y validando nuevos métodos computacionales para tener en cuenta la complejidad del viento atmosférico real al diseñar aerogeneradores de nueva generación.
Las últimas investigaciones combinaron los modelos atmosféricos de Whiffle con los modelos aerodinámicos de turbinas eólicas de TNO. Las predicciones del campo de viento obtenidas con la nueva herramienta numérica se validaron contra mediciones reales del viento en una cresta en Alemania, una llanura en los Países Bajos y en el Mar del Norte. Los resultados ofrecen a los diseñadores de turbinas eólicas nuevos conocimientos sobre formas de hacerlas más baratas y eficientes.
Condiciones atmosféricas realistas
Simone: «El objetivo era llevar las simulaciones LES al siguiente nivel, permitiendo a los diseñadores beneficiarse de un modelado de flujo de entrada más realista para obtener estimaciones más confiables de las cargas y el rendimiento esperados de su aerogenerador una vez que se coloca en el campo. El hecho de que hayamos podido diseñar una nueva metodología se debe a la enorme potencia de cálculo que ahora ofrecen los procesadores gráficos. Esto nos permitió capturar condiciones atmosféricas realistas con nuestro modelo LES a costos computacionales razonables. Sin embargo, todavía hay más por hacer. La siguiente fase implicará validar las nuevas predicciones de carga contra mediciones de carga real de una turbina instrumentada que TNO está probando actualmente en el campo. Pero ahora se han sentado las bases para esto».
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