พลังงานลม

มันค่อนข้างง่ายที่จะควบคุม เริ่มการทำงานของกังหัน ใช้เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเฝ้าดูการไหลของอิเล็กตรอนอย่างคงที่และคาดเดาได้ เพื่อเพิ่มพลังงานให้กับกริด และทนต่อการลัดวงจรและข้อผิดพลาดอื่นๆ แต่ถ้าเรากำลังพูดถึงโรงไฟฟ้าพลังงานลมล่ะ? ที่ทอดยาวไปทั่วชนบท ที่ไม่คงที่และคาดการณ์ได้ อันอาศัยลมที่พัดมา. จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อกริดที่มีกระแสลมเป็นสีดำ วิศวกรสร้างฟาร์มกังหันลมที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายร้อยเครื่องทำงานร่วมกันเพื่อส่งกระแสไฟฟ้ากลับไปยังบ้านและธุรกิจได้อย่างไร นั่นเป็นหนึ่งในสามของ "ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในวิทยาศาสตร์ของ พลังงานลม" ตามพาดหัวข่าวและบทความในเดือนตุลาคม 2019 ในวารสารScience (Paul Veers จาก National Renewable Energy Laboratory ในโคโลราโดเป็นผู้เขียนนำ) Hugo Villegas Pico, Harpole-Pentair ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ Iowa State University เห็นเอกสารดังกล่าวและคิดว่าเขาสามารถออกแบบโซลูชันสำหรับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ ประการที่สาม "การเพิ่มประสิทธิภาพและการควบคุมกองพลังงานลมซึ่งประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละเครื่องหลายร้อยเครื่องที่ทำงานร่วมกัน ภายในระบบกริดไฟฟ้าที่ใหญ่ขึ้น” ในปี 2020 สำนักงานวิทยาศาสตร์พลังงานขั้นพื้นฐานของกระทรวงพลังงานสหรัฐได้มอบรางวัลแก่เขาและกลุ่มวิจัยเป็นเวลา 3 ปี มูลค่า 729,349 ดอลลาร์ เพื่อหาวิธีจัดการฟื้นฟูโครงข่ายไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยลมหลังจากไฟดับ ในงานวิจัยที่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ใน IEEE Transactions on Energy Conversion และเผยแพร่ทางออนไลน์เมื่อเร็วๆ นี้ Villegas Pico และ Vahan Gevorgian หัวหน้าวิศวกรของ National Renewable Energy Laboratory ได้อธิบายถึงการพัฒนาตัวควบคุมการขึ้นรูปกริดและระบบย่อยการป้องกันแผงลอยที่เปิดใช้งาน กังหันลมบางตัวเพื่อเริ่มต้นระบบส่งกำลังไฟฟ้า เป็นขั้นตอนสำคัญในการสร้างความยืดหยุ่นของฟาร์มกังหันลมไปจนถึงไฟดับ "หากโรงไฟฟ้าพลังงานลมไม่สามารถกู้คืนระบบไฟฟ้าได้ การรวมทรัพยากรลมเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าอาจถูกจำกัดด้วยความสามารถในการสตาร์ทแบบแบล็คสตาร์" นักวิจัยเขียนไว้ในเอกสารของพวกเขา ไอโอวาซึ่งมีกำลังการผลิตติดตั้ง 11,660 เมกะวัตต์ (กำลังก่อสร้างอีก 437 แห่ง) ผลิตไฟฟ้าได้ 55% จากลมของรัฐ นั่นทำให้โรงไฟฟ้า พลังงานลม กลายเป็นจริงทั่วทั้งรัฐในปัจจุบัน ดังนั้นสิ่งที่ต้องใช้เพื่อรีสตาร์ทกริดหลังจากไฟดับ Villegas Pico กล่าวว่าความท้าทายแรกสำหรับกังหัน "ประเภท 4" ซึ่งมีตัวแปลงอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับการจัดอันดับเต็มเพื่อถ่ายโอนกำลังการผลิตทั้งหมดไปยังกริด คือวิศวกรรมกลยุทธ์การควบคุมการขึ้นรูปกริดที่ช่วยให้กังหันทำงานบนกริดโดยไม่ขึ้นกับก๊าซใดๆ หรือ กังหันพลังน้ำซึ่งไม่สามารถทำได้ในปัจจุบัน "กลยุทธ์การควบคุมคืออัลกอริธึมของซอฟต์แวร์" Villegas Pico กล่าว "มันควบคุมการทำงานของกังหันลม ดังนั้นพวกมันจึงสามารถฟื้นฟูระบบพลังงานได้อย่างน่าเชื่อถือ" โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซอฟต์แวร์ช่วยให้กังหันทำงานร่วมกันและทนต่อความผิดพลาดของกริดแบบอสมมาตร เช่น ข้อผิดพลาดที่เกิดจากต้นไม้หักโค่นและการลัดวงจรของกริดส่งและจ่ายไฟฟ้า ความท้าทายประการที่สองคือการออกแบบระบบป้องกันแบบแอ็คทีฟที่จะป้องกันกังหันลมไม่ให้หยุดทำงาน หากความต้องการพลังงานสูงกว่าลมที่มีอยู่ในระหว่างการฟื้นตัวจากไฟดับ นักวิจัยได้แสดงผ่านการจำลองแบบละเอียด ระบบควบคุมใหม่ของพวกเขาสามารถเติมพลังงานให้กับกริดไฟฟ้าที่มีอำนาจเหนือลม ขับเคลื่อนผ่านความผิดพลาดแบบอสมมาตร และเอาตัวรอดจากลมความเร็วต่ำได้ด้วยการเสียบความคิดของพวกเขาเข้ากับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ในสถานที่เช่นไอโอวาซึ่งมีฟาร์มกังหันลมเพิ่มมากขึ้น Villegas Pico กล่าวว่าการใช้พลังงานลมเพื่อฟื้นฟูกริดไฟฟ้าสามารถเร่งกระบวนการได้ ทุกวันนี้มีกังหันมากมายให้ใช้งาน Villegas Pico กล่าวว่าทีมวิจัยยังใช้ความก้าวหน้าเหล่านี้กับกังหันลมประเภทอื่น ๆ และระบบไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่เพื่อเก็บพลังงาน โครงการนี้กำลังพัฒนาปัญญาประดิษฐ์และเครื่องมือพยากรณ์อากาศที่จะช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานจัดการฟื้นฟูกริดที่ควบคุมด้วยลม Villegas Pico กล่าวว่าความก้าวหน้าใหม่นี้อาจใช้เวลาเพียงไม่กี่ปีจากการใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานลมและเป็นประโยชน์ต่อระบบสาธารณูปโภคและลูกค้าของพวกเขา "การมีส่วนร่วมของเรามีความสำคัญต่อการตอบสนองมาตรฐานการบูรณะ ความน่าเชื่อถือ และการทำงานร่วมกัน" นักวิจัยเขียน "สิ่งเหล่านี้ยังมีความสำคัญที่ไม่ควร : เป็นอันตรายต่อกระบวนการฟื้นฟู ก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจ และเป็นอันตรายต่อชีวิต ตัวอย่างเช่น หากไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการให้ความร้อนในสภาพอากาศหนาวเย็น"