Projektowanie wytrzymalszych morskich turbin wiatrowych na podstawie danych
Dzięki pięciu morzom znajdującym się na Starym Kontynencie, Europa może pochwalić się olbrzymim potencjałem w zakresie morskiej energetyki wiatrowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Wykorzystanie tego potencjału wymaga jednak opracowania turbin, które będą w stanie przetrwać wiele lat w trudnych warunkach środowiska morskiego. „W wyniku oddziaływania silnych wiatrów, fal i prądów, średni czas eksploatacji morskiej turbiny wiatrowej może wynosić zaledwie 20 lat. Warto pamiętać przy tym, że osiągnięcie tego wyniku wymaga także przeprowadzenia wielu prac konserwacyjnych”, wyjaśnia Felix Nieto, wykładowca inżynierii lądowej na Uniwersytecie A Coruña(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Konserwacja turbin wiatrowych oznacza nie tylko koszty i niebezpieczeństwo. Wyłączenie turbin w celu przeprowadzenia prac serwisowych oznacza zmniejszenie produkcji energii, co może mieć wpływ na wyniki finansowe operatora. Nie powinien dziwić zatem wzrost popytu na turbiny o dłuższej żywotności i niższych kosztach utrzymania. Zdaniem Nieto, pierwszym krokiem do zbudowania lepszej turbiny jest zrozumienie warunków środowiskowych, w których funkcjonuje. „Jeśli zrozumiemy naprężenia konstrukcyjne, którym stawiają czoła turbiny wiatrowe przez cały okres eksploatacji, będziemy mogli usprawnić ich projektowanie, zapewniając tym samym, że będą w stanie pracować bezpiecznie nawet w ekstremalnie trudnych warunkach”, mówi. Rozwiązaniem tego wyzwania zajęli się badacze skupieni wokół finansowanego przez Unię Europejską projektu FuNnY-SUMO. Dzięki wsparciu otrzymanemu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) ten koordynowany przez Uniwersytet w A Coruña zespół opracował model oparty na obliczeniowej dynamice płynów, który pozwala na jednoczesną symulację oddziaływania wiatru, fal i prądów na morską turbinę wiatrową.
Rozwiązanie złożonych problemów związanych z projektowaniem oparte na danych
Przewaga wynikająca z zastosowania obliczeniowej dynamiki płynów wynika z tego, że zebrane dane zostały następnie wykorzystane do treningu algorytmów uczenia maszynowego. Dzięki temu były w stanie ocenić naprężenia konstrukcji wynikającą z oddziaływania środowiska morskiego, a następnie uwzględnić te informacje przy proponowaniu nowych projektów turbin. Po zapewnieniu, że model obliczeniowy zapewnia wyniki zbliżone do tych uzyskanych w wyniku doświadczeń laboratoryjnych, naukowcy wykorzystali go w celu wygenerowania modelu zastępczego. Następnie wykorzystali nowy model w celu weryfikacji naprężeń konstrukcji turbiny wiatrowej przy narażeniu na wiatr, fale i prądy morskie o różnej intensywności, zapewniając przy tym niskie zapotrzebowanie na moc obliczeniową. „Nasz model nie tylko rozwija wykorzystanie technik opartych na danych do rozwiązywania problemów w zakresie projektowania konstrukcji, ale także przyczynia się do bezpieczniejszego projektowania krytycznej infrastruktury energetycznej, która jest narażona na bardzo trudne, a zarazem nieprzewidywalne, warunki środowiskowe”, zauważa Nieto.
Droga do opracowania lepszej turbiny wiatrowej
Choć opracowany w ramach projektu model toruje drogę do projektowania lepszych turbin wiatrowych, jest zaledwie pierwszym krokiem. „Nasz model może zostać dopracowany poprzez uwzględnienie dodatkowych czynników środowiskowych oraz innych źródeł energii, w tym pływających turbin wiatrowych oraz fundamentów”, zauważa Nieto. Model może również uwzględniać dynamikę konstrukcji turbin wiatrowych. Zespół badawczy chce nawiązać współpracę z partnerami branżowymi, co umożliwi włączenie podejść projektowych opartych na danych do ich codziennej praktyki. Większość badań w ramach projektu przeprowadził dr Ali Kareem Hilo al Behadili, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który współpracował z badaczami i ekspertami z Uniwersytetu w Zagrzebiu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), hiszpańskiego IH Cantabria(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Narodowego Uniwersytetu Chungnam(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Korei Południowej.
