Los investigadores utilizaron micrófonos para escuchar la turbina General Electric de 1,5 megavatios en el campus Flatirons del Laboratorio Nacional de Energía Renovable para estudiar la producción de ruido de las turbinas eólicas que se balancean. Su trabajo creó el conjunto de datos más completo hasta ahora sobre cuán silenciosas pueden ser las plantas eólicas terrestres modernas. Foto de Dennis Shroeder, NREL.
Nicholas Hamilton ha pasado cientos de horas escuchando el viento.
“Es un poco relajante, en realidad”, dijo Hamilton, ingeniero investigador del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL). “Es fácil olvidar que estás escuchando datos. Es un poco como ruido blanco “.
Pero esos sonidos son cualquier cosa menos ruido blanco: son la base del conjunto de datos más completo sobre exactamente qué tan silenciosas pueden llegar a ser las plantas eólicas terrestres modernas.
La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable de más rápido crecimiento y más barata en los Estados Unidos. Para cumplir con el objetivo de la administración Biden-Harris de cero emisiones netas para 2050, la industria debe crecer entre cinco y diez veces su tamaño actual. Pero si bien este crecimiento podría disminuir las emisiones de carbono y los precios de la energía, y también crear empleos, también podría acercar las plantas eólicas a los vecindarios residenciales.
Y debido a que los parques eólicos modernos están utilizando nuevas estrategias operativas para aumentar la producción de energía, estrategias que también podrían aumentar la producción de ruido, el ruido potencial podría bloquear nuevos proyectos, limitando el crecimiento de este. fuente rentable de energía limpia.
Las turbinas actuales están ubicadas lo suficientemente lejos de las casas para que el ruido perceptible sea mínimo (una planta eólica cercana no es más ruidosa que un refrigerador que se escucha desde otra habitación). Pero hoy en día, los propietarios de plantas eólicas y los fabricantes de turbinas eólicas están utilizando una nueva técnica para aumentar el rendimiento de las plantas eólicas en su conjunto: el control de la estela. Las estelas son regiones donde los vientos se desaceleran detrás de una turbina eólica, lo que puede disminuir la producción de energía de las turbinas a favor del viento. Al guiñar las turbinas eólicas, girándolas para enfrentar el viento en ángulos ligeramente diferentes, los operadores de plantas eólicas pueden dirigir las estelas, disminuyendo la producción de energía para turbinas específicas pero aumentando la producción para toda la planta eólica. Antes de que la guiñada se convierta en la técnica de referencia para las plantas, los desarrolladores de plantas eólicas deben saber si aumenta (o disminuye) el ruido.
“Dadas las preocupaciones del público sobre el ruido de las turbinas eólicas”, dijo Hamilton, “debemos entender cómo la estela puede afectar las emisiones acústicas. Los reguladores también necesitarán datos de observación para establecer restricciones de ruido ”.
Para recopilar esos datos, Hamilton y sus colegas del Flatirons Campus de NREL colocaron estratégicamente 11 micrófonos debajo de una turbina eólica de 1,5 megavatios de propiedad del Departamento de Energía de EE. UU. Fabricada por General Electric. Los micrófonos recogen ruido en todo el rango de frecuencias que los humanos pueden percibir. También capturaron “datos de campo completo”, dijo Hamilton, para medir cómo fluctúa el ruido en un área grande.
Sus resultados fueron sorprendentes.
Los modelos de emisión acústica predijeron que las turbinas eólicas con compensaciones de guiñada aumentarían el ruido. Pero los datos del equipo muestran lo contrario: la operación de guiñada redujo el ruido de la turbina eólica.
Aunque la disminución es leve, cualquier reducción de ruido es una ganancia: “Si puede disminuir la producción de ruido de una turbina eólica, puede abrir nuevas oportunidades de diseño de turbinas eólicas”, dijo Hamilton. “Por ejemplo, los rotores que producen menos ruido podrían funcionar a mayor velocidad. A una velocidad más alta, pueden usar una caja de cambios más liviana para producir la misma energía, disminuyendo el costo de una turbina “.
Este fue, continuó Hamilton, “un resultado sorprendente. Pero uno feliz “. Los datos muestran que si una planta eólica utiliza estela, puede generar más energía en su conjunto y potencialmente disminuir el ruido al mismo tiempo.
Entonces, ¿por qué los modelos acústicos estaban tan mal? “Usamos los modelos de ruido para medir un problema completamente nuevo (turbinas con guiñada)”, dijo Hamilton, “que originalmente no estaban destinados a estudiar”. Eso podría explicar por qué los resultados experimentales fueron tan sorprendentes. También muestra que los modelos podrían usar otro aspecto. Los modelos futuros deberían adaptarse para analizar los impactos de las técnicas modernas que utilizan los operadores de plantas eólicas para controlar la cantidad de energía que generan sus turbinas.
Las nuevas capacidades de medición de ruido de Hamilton y su equipo están disponibles en un informe técnico reciente y un conjunto de datos de código abierto alojado por el DOE. Sus técnicas se pueden adaptar para estudiar más cuestiones relacionadas con el ruido para los parques eólicos actuales y futuros. En NREL, los investigadores pronto podrán utilizar los métodos del equipo para estudiar la acústica no solo de una turbina sino de una planta eólica completa, plantas eólicas marinas, palas de turbinas altamente flexibles, nuevas formas de palas de turbinas e incluso cómo las colinas y otras características del paisaje podrían interactuar con turbinas cercanas.
“Hay muchas oportunidades para que sigamos usando este equipo y realizando más mediciones”, dijo Hamilton.
Eso significa que podría tener cientos de horas más de viento para escuchar muy pronto.
Artículo cortesía de NREL
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