Ветряные электростанции США достигают прогнозируемого годового прироста производства на 0.8% за счет использования управления по следу.
Управление спутным следом - это стратегия, используемая на ветряных электростанциях, включающая несовпадение турбин, расположенных вверх по течению, с направлением ветра, чтобы отклонить следы от турбин, расположенных ниже по течению, что, следовательно, увеличивает чистую выработку ветровой энергии на станции.
In Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики, опубликованное AIP Publishing, исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) иллюстрируют, как управление спутным потоком может увеличить производство энергии для большой выборки коммерческих наземных ветряных электростанций США.
В то время как некоторые электростанции продемонстрировали меньший потенциал управления спутной струей из-за неблагоприятных метеорологических условий или расположения турбин, несколько ветряных электростанций были идеальными кандидатами, которые могли бы значительно выиграть от управления спутной струей.
В целом, для набора исследованных ветряных электростанций был обнаружен прогнозируемый среднегодовой прирост производительности в размере 0.8%. Кроме того, исследователи обнаружили, что на ветряных электростанциях, использующих рулевое управление, ветряные турбины могут быть размещены более близко друг к другу, что увеличивает количество энергии, производимой в данной области, почти на 70% при сохранении той же стоимости производства энергии.
Иллюстрация кильватерного управления на примере ветряной электростанции. Ветряные турбины смещаются по ветру, чтобы перенаправить их следы от турбин, расположенных ниже по течению. Синие области указывают на более низкие скорости ветра, вызванные следами. Авторы и права: Эрик Симли, NREL
«Мы были удивлены, увидев, что существует большая изменчивость в потенциальном улучшении энергии от управления спутной струей, даже после учета потерь в спутной струе различных ветряных установок», — сказал автор Дэвид Бенсасон.
Точно так же, как зонтики могут отбрасывать тень, ветряные турбины создают область более медленного и более турбулентного воздушного потока за своим ротором, известную как след. Когда эти потоки перетекают в другую турбину, они снижают ее мощность производства.
Стратегия управления следом «направляет» эти следы от турбин, смещая угол между поверхностью ротора и направлением набегающего ветра. Этот метод приносит в жертву энергоэффективность нескольких турбин, чтобы повысить производительность ветровой электростанции в целом. Управление спутным следом может увеличить выработку энергии только в том случае, если есть начальные потери в спутном следе. Следовательно, преимущества управления спутной струей увеличиваются для ветряных электростанций с более высокими потерями в спутной струе.
Исследование является одним из первых, в котором используется модель следа Gauss-Curl-Hybrid, разработанная NREL. Эта модель более точно предсказывает поведение ветровой струи, чем предыдущие модели, и фиксирует эффекты, более заметные в крупномасштабных установках. Исследователи также объединили несколько общедоступных баз данных и инструментов, которые вместе делают возможным исследование потенциала управления спутным следом для большой выборки ветряных электростанций США.
«Мы надеемся, что это исследование, подчеркнувшее потенциал управления спутной струей для большой выборки существующих коммерческих ветряных электростанций в США, побудит владельцев ветряных электростанций внедрить управление спутной струей на своих ветряных электростанциях, чтобы увеличить производство энергии и внести свой вклад в превращение энергии ветра в широко распространенный доступный источник экологически чистой энергии», — сказал соавтор Эрик Симли.
Ссылка: «Оценка потенциала управления спутным потоком для наземных ветряных электростанций США» под авторством Д. Бенсасона, Э. Симли, О. Робертса, П. Флеминга, М. Дебната, Дж. Кинга, К. Бэя и Р. Мудафорт, 18 мая 2021 г., Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики.
DOI: 10.1063 / 5.0039325
