Как найти ветер в облаках?

ПО и косметические изменения в аппаратном обеспечении, сделанные General Electric, позволили компании, эксплуатирующей её турбины, поднять прибыль на 20%.

История часто несправедлива к именам. Томас Эдисон родился в сотне километров от Чарльза Браша, они были почти сверстниками, да и их интересы в электробизнесе пресекались, так что в конечном счёте Эдисону пришлось купить компанию Браша... Но сравнить объём наших знаний о первом и последнем невозможно.

Первый автоматизированный ветряк. Не стоит морщиться: с чего-то же надо было начинать! (Здесь и ниже иллюстрации GE.)

Между тем именно Браш в 1887 году построил первый полностью автоматический генератор, который работал от ветряка, спаренного с дюжиной свинцовых аккумуляторов, и следующие двадцать лет именно от этого 12-киловаттного чуда тогдашней техники питалось его поместье. Этот 4-тонный монстр высотой в 18 м, имевший аж 144 (!) лопасти, на многие десятилетия опередил сходные по параметрам установки конкурентов, став первым автономным источником энергии, целиком основывающемся на ветре.

Сегодня General Electric — компания, в которую после слияния с эдисоновской фирмой вошла Brush Electric, — делает ветряки в десять раз выше и в 200 раз мощнее. Однако задачи автоматизации их работы далеко не исчерпаны, и это направление деятельности Чарльза Браша всё ещё серьёзно влияет на энергетику.

В конце XIX столетия задачи такого рода казались простыми: надо лишь автоматически ориентировать лопасти по ветру, чтобы изменение его направления не остановило установку. Решить проблему удалось уже тогда, однако исследования конца XX — начала XXI века показали, что действительно оптимальный угол установки лопастей турбин выбрать очень сложно: слишком от многих факторов он зависит. Нередко алгоритмы казались конструкторам идеальными, а жизнь их или решительно поправляла, или даже опровергала. В принципе, это логично: количество факторов, которые влияют на эффективность ветряков, что называется, зашкаливает, и часть из них ранее не рассматривалась вовсе. Как мы не раз писали, даже взаимодействие ветряков между собой может резко менять их КПД, и при разных направлениях ветра такие коллизии способны то увеличивать, то снижать общую эффективность группы турбин. Одним моделированием тут не справиться...

В общем, GE обратилась к уже навязшей в зубах Big Data и компьютерным облакам, в которых накапливается и хранится информация о погодных условиях, скорости и направлениях ветра на разных высотах, а также о выработке электроэнергии каждой турбиной. Сопоставляя графики такого рода (общее количество учитываемых факторов огромно, так что и графиков очень много), GE-инженеры искали самые выгодные режимы работы как по углам установки лопастей, так и по их динамической корректировке при вариациях скорости ветра...

Одним из частных, но «впечатляющих итогов работы» стало создание ПО PowerUp, которое компания предоставляет потребителям, пользующимся ветротурбинами GE, и которое позволяет в реальном времени отслеживать производительность ветряков и постоянно корректировать их параметры. Кроме установки лопастей, это и угол отклонения гондолы ветряка от направления воздушного потока, и скорость и момент турбины. Скажем, по результатам испытаний, проведённых компанией, общая выработка энергии ветряными фермами, принадлежащими EDP Renewables, при равной скорости ветра выросла на 5% только из-за внедрения нового ПО, которое постоянно обращается к «примерам» производительности ветряков при текущей скорости ветра и подбору оптимальных параметров их работы.

5% увеличения выработки — это не так уж мало, особенно если вспомнить, что для прибыли это может обернуться 20% роста.

Может показаться, что 5% — это крохи. Но если мы вспомним, что норма прибыли в ветроэнергетике (да и вообще в западном бизнесе) — далеко не те 70%, без которых, по уверениям, скажем, наших книготорговцев, они все умрут, станет ясно, что увеличение выручки на 5% просто за счёт нового ПО на уже существующих ветряках и, по сути, без нужды в покупке нового оборудования означает резкий скачок прибыли. Как заявляют разработчики, сразу на 20%.

Но дело не только в деньгах. Эоловые мощности производят сегодня сотни миллиардов киловатт-часов в год, поэтому даже 5-процентый рост генерации может аукнуться увеличением выработки на десятки миллиардов киловатт-часов — то есть на годовой объём энергопотребления небольшой страны. Одна только EDP Renewables в ближайшем будущем планирует установить PowerUp на пяти эоловых фермах в трёх американских штатах, чтобы получить от 402 тамошних турбин дополнительные 420 млн кВт•ч электричества в год (а это энергопотребление десятков тысяч американских домохозяйств). Похоже, у нового ПО и его разработчиков огромное поле для деятельности.

Подготовлено по материалам GE Reports. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Александр Березин