Mô hình điện toán xác định tuổi thọ của điện gió

Những dữ liệu không dự đoán trước được

Nhiều trang trại điện gió mới đang được xây dựng trên biển, sử dụng ưu thế có gió liên tục và tốc độ cao. Lợi thế này cung cấp một lượng lớn năng lượng, nhưng cũng gây tải trọng cao cho các bộ phận của hệ thống thiết bị điện gió.

Kể từ khi lắp dựng, kết nối vào lưới điện và vận hành trên biển, giá thành của điện gió biển đắt hơn đáng kể so với các trang trại điện gió trên bờ - đặc biệt là trên khoảng cách xa bờ biển và độ sâu lớn. Do đó, một dự đoán chính xác về những lực tác động có thể ảnh hưởng đến tuabin điện gió, tuổi thọ và giá thành đầu ra của điện là đặc biệt quan trọng

Đây là mục tiêu trọng tâm nghiên cứu khoa học của Nghiên cứu sinh sau đại học  Laurent van den Bos và các đồng nghiệp tại Centrum Wiskunde & Informatica (CWI), Viện nghiên cứu quốc gia về Toán học và Khoa học máy tính ở Hà Lan.

Laurent van den Bos đã phát triển các mô hình toán học mới, có thể tăng tốc độ những tính toán cần thiết nhằm xác định tuổi thọ và chi phí năng lượng đầu ra của trạm nguồn tuabin gió trên biển.

Hiện tại, các tính toán đưa ra dự đoán về độ bền vững và vòng đời của tuabin điện gió mất rất nhiều thời gian do có một lượng lớn dữ liệu liên quan đến các biến khác như tốc độ gió và những điều kiện thời tiết khác phải được xử lý và diễn giải.

Hơn nữa, việc cung cấp năng lượng của một tuabin điện gió trên biển được dự đoán với những mô hình toán học, có chứa một số yếu tố không chắc chắn do tính chất không dự đoán trước được của gió và sóng. Do đó, các mô hình tính toán hiện tại không được cho là đặc biệt đáng tin cậy.

Mô phỏng chính xác với chi phí điện toán giảm

Các nhà nghiên cứu Hà Lan đã áp dụng một cách tiếp cận mới dựa trên Quy tắc Bậc hai “quadrature rules” thay cho phương pháp “Data binning” (một gói dữ liệu được thay thế bằng 1 dữ liệu đặc trưng) thông thường. Binning là kỹ thuật xử lý trước dữ liệu, được sử dụng để giảm ảnh hưởng của các lỗi quan sát nhỏ. Phương pháp được sử dụng để giảm số lượng giá trị của một thuộc tính nhất định và do đó, giảm số lượng dữ liệu.

Tuy nhiên, trong tình hình hiện tại, tải trọng tính toán thay đổi từ sản xuất năng lượng thường xuyên thông thường đến những điều kiện khắc nghiệt như bão tố, do đó, thiết kế mô phỏng cho các tuabin gió ngoài khơi đòi hỏi phải đánh giá một số lượng lớn các biến số, có thể tạo thành một khối lượng khổng lồ dữ liệu.

Phương pháp tính Quy tắc Bậc hai để mô phỏng một trạm điện gió ngoài khơi xa.

Phép cầu phương (Quadrature) được sử dụng để giảm số lượng dữ liệu xuống mức có thể kiểm soát được. Phương pháp Quy tắc bậc hai được sử dụng trong công việc này có ưu điểm chính là có thể được xây dựng trực tiếp bằng các phép đo của môi trường.

Để thấy được hiệu quả của phương pháp mới, nhóm nghiên cứu phân tích đánh giá hai phương pháp sử dụng những thông số môi trường của các phép đo thực tế ngoài khơi ở Biển Bắc và so sánh chúng với một tuabin tham chiếu có công suất 5 MW.

Cả hai cách tiếp cận Quy tắc bậc hai (cầu phương) và Data Binning được áp dụng cho trường hợp chịu tải đơn giản hóa và trường hợp chịu tải đầy đủ đều cho cùng một kết quả đã chứng minh được, độ chính xác của Quy tắc bậc hai có thể so sánh với Bata Binning, nhưng có ưu thế hơn là việc tính toán giảm hơn đáng kể, do đó chi phí điện toán thấp hơn nhiều.

Mục tiêu tương lai của nghiên cứu là mở rộng khung tích hợp số sang các kịch bản chịu tải khác, ví dụ: các trường hợp chịu tải ảnh hưởng đến sức bền vật liệu với các tham số không được xác định cụ thể, hiệu quả của  việc sử dụng Quy tắc Bậc hai còn lớn hơn.

Ông Van den Bos cho biết: Nhận thức theo hướng này, sự không xác định, liên quan đến xây dựng các trang trại điện gió mới có thể được đánh giá chính xác hơn.

Những tính toán đáng tin cậy hơn, sử dụng Quy tắc Bậc hai (quy tắc cầu phương) có thể là cơ sở cho các đánh giá rủi ro để đầu tư cho các trang trại điện gió ngoài khơi trong tương lai chính xác hơn, giảm chi phí sản xuất năng lượng tái tạo thân thiện môi trường.

Thái Bằng (theo Advanced Science News)