La cantidad de energía generada por las energías renovables fluctúa dependiendo de la variabilidad natural de los recursos en un momento dado. El sol no siempre brilla, ni el viento siempre sopla, por lo que las plantas de energía tradicionales deben mantenerse en funcionamiento, listas para llenar elfalta de energía en cualquier momento. Debido a que la red no tiene almacenamiento y, a diferencia del carbón o la energía nuclear, no hay control sobre la fluctuante producción de energía renovable, la energía que producen tiene que ser consumida de inmediato, o corre el riesgo de colapsar la red eléctrica.En días particularmente ventosos, por ejemplo, se sabe que los aumentos repentinos en la energía generada por las turbinas eólicas abruman la red eléctrica y provocan cortes de energía.días cuando hay demasiado exceso de energía en el sistema, para equilibrar la oferta y la demanda de energía en la red.
Enfrentar los picos y valles de la energía renovable intermitente será cada vez más difícil a medida que los gobiernos intenten eliminar gradualmente las fuentes de energía a base de carbón más estables en las próximas décadas. Para mitigar o gestionar estas fluctuaciones en la energía renovable, necesitamosComprender mejor la naturaleza de estas fluctuaciones El profesor Mahesh Bandi, jefe de la Unidad de Interacciones Colectivas de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST ha utilizado la teoría de la turbulencia combinada con datos experimentales de plantas eólicas para explicar la naturaleza estadística de las fluctuaciones de la energía eólica.en un artículo de un solo autor publicado en Physical Review Letters.
Los patrones de velocidad del viento se pueden representar como un espectro de velocidad del viento en un gráfico. En 1941, el físico ruso Andrei Kolmogorov calculó el espectro de las fluctuaciones de la velocidad del viento. Posteriormente, se demostró que el espectro de la energía eólica sigue exactamente el mismo patrón.Sin embargo, hasta ahora, simplemente se suponía que estos espectros eran idénticos debido a la relación entre potencia y velocidad, donde la potencia es igual a la velocidad del viento en cubos. Pero esto resultó ser un arenque rojo. El profesor Bandi ha demostrado por primera vez que el espectrode las fluctuaciones de la energía eólica sigue el mismo patrón que las fluctuaciones de la velocidad del viento por una razón diferente.
El resultado de Kolmogorov de 1941 se aplica a mediciones de la velocidad del viento realizadas en varios puntos distribuidos en el espacio al mismo tiempo. Pero las fluctuaciones de la energía eólica en una turbina se miden en una ubicación fija durante un período de tiempo prolongado. Las dos mediciones son fundamentalmente diferentes, yAl considerar cuidadosamente esta diferencia, el profesor Bandi pudo explicar el espectro de las fluctuaciones de la energía eólica para una turbina individual.
Podemos pensar en la turbulencia como una bola de aire, o un "remolino", de velocidad del viento fluctuante. Los remolinos de baja frecuencia y escala larga pueden abarcar cientos de kilómetros. Dentro de estos remolinos grandes hay escalas de tiempo más cortas, alta frecuenciaremolinos que pueden abarcar unos pocos kilómetros. Por lo tanto, si todas las turbinas en la misma planta eólica caen dentro de los mismos remolinos a corto y largo plazo, la energía que producen fluctúa como si toda la planta fuera una turbina gigante. Esto es exactamentelo que descubrió el profesor Bandi cuando observó las fluctuaciones de energía eólica de todas las turbinas en una planta eólica en Texas.
De hecho, incluso las plantas eólicas dispersas geográficamente pueden exhibir fluctuaciones correlacionadas en el poder si caen dentro de los mismos remolinos a corto y largo plazo. Sin embargo, a medida que aumenta la distancia entre las plantas eólicas, sus fluctuaciones de energía comienzan a desacoplarse entre sí.Dos plantas eólicas dispersas geográficamente pueden encontrar las mismas fluctuaciones de velocidad del viento a gran escala de tiempo, mientras que encuentran fluctuaciones de velocidad del viento de escala de tiempo completamente distintas.
En el pasado, algunos científicos han subestimado el problema de la turbulencia, argumentando que la energía producida por turbinas eólicas dispersas geográficamente en lugares ventosos y tranquilos en cualquier punto en el tiempo se promediará cuando lleguen a una red centralizada. Sin embargo, el profesor BandiLos resultados muestran por primera vez que este fenómeno, conocido como 'suavizado geográfico', solo funciona en cierta medida.
La potencia generada por las plantas de turbinas dispersas geográficamente promedia a altas frecuencias, porque si bien una planta puede caer dentro del breve remolino de la escala temporal, la otra no. En otras palabras, el aumento en la producción de energía en una planta es promediado porun mínimo en la producción de energía de otra planta lejana a altas frecuencias, pero debido a que las plantas aún se encuentran dentro del mismo remolino de escala de tiempo prolongado, la energía que producen tendrá fluctuaciones correlacionadas a bajas frecuencias, que generan la mayor potencia.El aumento de potencia en una planta de turbina eólica coincidirá con el aumento de una planta lejana dentro del mismo remolino de larga escala, lo que significa que la potencia que alimentan a la red no se puede promediar. Esto significa que hay un límite naturala cuánto se pueden promediar las fluctuaciones en la energía eólica; un límite más allá del cual las fluctuaciones pueden continuar causando estragos en la red. Utilizando datos de 20 plantas eólicas en Texas y 224 parques eólicos en Irlanda, el profesor Bandi mostró que este límite existe en realidad.
"Comprender la naturaleza de las fluctuaciones en la energía de las turbinas eólicas tiene implicaciones inmediatas para la toma de decisiones económicas y políticas", dice el profesor Bandi.
Debido a la variabilidad de las energías renovables, las centrales eléctricas de carbón que proporcionan energía de reserva se mantienen en funcionamiento en caso de apagones repentinos, lo que significa que se produce más energía de la necesaria. Esto significa que la energía 'verde' todavía está contribuyendo al carbonoemisiones, y hay un costo asociado de mantener la energía de reserva, que solo aumentará a medida que aumente la proporción de energías renovables en los años venideros. El descubrimiento de un límite en el suavizado geográfico, articulado por el profesor Bandi, permitirá mejores estimaciones de la operacióncantidad de reservas que debe mantenerse.
Este descubrimiento también tendrá un impacto en la política ambiental. Al considerar el límite para promediar las fluctuaciones de energía, combinado con la disponibilidad de diferentes recursos renovables como el sol, el viento y las olas en un área en particular, los responsables de las políticas estarán mejor equipados para trabajarcombinaciones óptimas de diferentes fuentes de energía para regiones específicas
"Comprender la naturaleza de las fluctuaciones de las turbinas eólicas también podría abrir otras vías de investigación en otros sistemas fluctuantes", dice el profesor Bandi.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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