风力涡轮机的支撑结构有助于风场阻塞效应


来源:   时间:2020-08-14 16:34:17


海上风力发电已成为越来越有希望的可再生能源。然而,关于大型风电场的空气动力学影响的很多知识仍然知之甚少。AIP出版公司本周的《可再生与可持续能源杂志》上的新工作旨在为风电场所需的结构如何影响气流提供更多见解。

风力涡轮机的支撑结构有助于风场阻塞效应

克兰菲尔德大学和牛津大学的科学家提出了一种理论模型,用于估计风力涡轮机塔架对风力发电场性能的空气动力学影响。通过使用所谓的两级耦合动量平衡方法,该小组能够在理论上和计算上重建大型风力发电场将来可能面临的条件,包括彼此靠近的间隔涡轮带来的阻尼效应。

作者马伦(Lun Ma)说,该论文的一个关键特征是,他们模型的最新更新看起来超出了风力涡轮机的转子。

马云说:“在本文中,我们新考虑了作为支撑结构的风力涡轮机塔架的影响,而在最初的两级动量模型中则忽略了这一点。”“因此,从本质上讲,新模型有助于我们了解风力涡轮机支撑结构对风电场阻塞效应的潜在影响。”

甚至广阔的海上风力发电场都面临阻塞效应,在这种效应中,风在接近涡轮机时会变慢,而在唤醒效应中,当涡轮机经过时,涡轮机会变慢。

然而,在建造风电场之前准确地预测其特征,仍然是该行业的主要挑战。

为了解决这个问题,研究人员转向了两级动量模型,该模型模拟了当在理想的无限大的风电场中将更多风轮紧密地放置在一起时,单个风轮机的效率如何降低。

“两级动量模型预测的这种效率降低与风电场的阻塞效应密切相关,”马云说。“但是,最初的两级动量模型是高度简化的模型,需要针对实际应用进行进一步的改进。”

该小组将动量平衡方程与另一种方法(称为执行器圆盘理论)结合起来,使它们包括其他因素,例如涡轮机支撑结构的影响。该方法使他们可以开始考虑更实际的方案,例如规模有限的风电场。

然后,他们使用计算流体动力学进行了仿真,以验证这种结构是否对阻塞产生了影响,尤其是通过产生的风的阻力。

马云说,该小组将寻求更好地了解阻塞效应如何随天气情况而变化。

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