Nghiên cứu mô phỏng xoáy lớn về các lớp biên của cụm tuabin gió đã phát triển hoàn toàn
Tóm tắt
Như đã biết, khi các tuabin gió được triển khai trong một mạng lớn, hiệu suất của chúng giảm do các tương tác phức tạp giữa chúng và với lớp biên khí quyển (ABL). Đối với các trang trại gió có chiều dài vượt quá chiều cao của ABL hơn một bậc, một chế độ dòng chảy "đã phát triển hoàn toàn" có thể được thiết lập. Trong chế độ tiệm cận này, có thể bỏ qua các thay đổi theo chiều dài dòng chảy và các trao đổi liên quan xảy ra theo phương thẳng đứng. Một lớp biên của cụm tuabin gió đã phát triển hoàn toàn (WTABL) chưa được nghiên cứu một cách hệ thống trước đây. Một bộ các mô phỏng xoáy lớn (LES), trong đó các tuabin gió được mô tả bằng khái niệm “đĩa lực kéo” cổ điển, được thực hiện cho nhiều cách bố trí tuabin gió khác nhau, các yếu tố tải trọng của tuabin và các giá trị độ nhám bề mặt khác nhau. Kết quả được sử dụng để định lượng vận chuyển theo phương thẳng đứng của động lượng và năng lượng động. Kết quả cho thấy các dòng chảy theo phương thẳng đứng của năng lượng động có cùng bậc với công suất được lấy ra bởi các lực mô hình hóa các tuabin gió. Trong WTABL đã phát triển hoàn toàn, năng lượng động được thu hồi bởi các tuabin gió được vận chuyển vào vùng tuabin gió thông qua các dòng chảy thẳng đứng liên quan đến độ khuếch tán. Các kết quả này cũng được sử dụng để phát triển các mô hình cải tiến cho các độ dài nhám hiệu quả mà ABL trải nghiệm. Độ dài nhám hiệu quả thường được sử dụng để mô hình hóa các cụm tuabin gió trong các mô phỏng động lực khí quyển ở quy mô lớn hơn (tỉnh và toàn cầu). Các kết quả từ LES được so sánh với một số mô hình hiện có cho các độ dài nhám hiệu quả. Dựa trên các xu hướng quan sát được, một mô hình đã được sửa đổi đề xuất, cho thấy sự cải thiện trong độ dài nhám hiệu quả được dự đoán.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
1998, Review of the present status of rotor aerodynamics, Wind Energy, 1, 46, 10.1002/(SICI)1099-1824(199804)1:1+<46::AID-WE3>3.3.CO;2-0
1996, Turbulence characteristics in wind-turbine wakes, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 61, 71, 10.1016/0167-6105(95)00033-X
2000, An experimental and numerical study of the vortex strcture in the wake of a wind turbine, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 84, 1, 10.1016/S0167-6105(98)00201-3
1998, Wind flow deformation inside the wind farm, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 74–76, 389, 10.1016/S0167-6105(98)00035-X
1997, The near wake of a model horizontal-axis wind turbine—I. Experimental arrangements and initial results, Renewable Energy, 12, 225, 10.1016/S0960-1481(97)00046-3
1999, The near wake of a model horizontal-axis wind turbine—II. General features of the three-dimensional flow field, Renewable Energy, 18, 513, 10.1016/S0960-1481(98)00797-6
1999, Air flow behind wind turbine, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 80, 169, 10.1016/S0167-6105(98)00126-3
2006, Measurement on a wind turbine wake: 3d effects and bluff body vortex shedding, Wind Energy, 9, 219, 10.1002/we.156
2009, A wind-tunnel investigation of wind-turbine wakes: Boundary-layer turbulence effects, Boundary-Layer Meteorol., 132, 129, 10.1007/s10546-009-9380-8
1988, A field study of the wake behind a 2 MW wind turbine, Atmos. Environ., 22, 803, 10.1016/0004-6981(88)90020-0
1988, Turbulence characteristics at Howden Wind Park I
1988, The wind farm of Zeebrugge: Experimental set-up, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 27, 139, 10.1016/0167-6105(88)90030-X
1990, On the analysis of wake effects in wind parks, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 14, 204
Davies, 1990, Multiple wake measurements and analysis, Proceedings of the 12th BWEA Wind Energy Conference, 53
Davies, 1990, A wind tunnel investigation of the wake structure and machine loads within small wind turbine farms, Proceedings of the 12th BWEA Wind Energy Conference, 47
1992, On the wind speed reduction in the center of large clusters of wind turbines, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 39, 251, 10.1016/0167-6105(92)90551-K
1979, Energy effectiveness of arbitrary arrays of wind turbines
2004, The influence of large-scale wind power on global climate, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 101, 16115, 10.1073/pnas.0406930101
2004, Can large scale wind farms affect local meteorology?, J. Geophys. Res., 109, D19101, 10.1029/2004JD004763
2009, Weather response to management of large wind turbine array, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 9, 2917
2007, What are we learning from simulating wall turbulence?, Philos. Trans. R. Soc. London, 365, 715, 10.1098/rsta.2006.1943
1989, The turbulent boundary layer, Frontiers in Experimental Fluid Mechanics, 159
1961, Investigations of the modification of wind profiles by artificially controlled surface roughness, Studies of the Three Dimensional Structure of the Planetary Boundary Layer, 71
1969, Note on aerodynamic roughness-parameter estimation on the basis of roughness-element description, J. Appl. Meteor., 8, 828, 10.1175/1520-0450(1969)008<0828:NOARPE>2.0.CO;2
R. J. Templin, “An estimation of the interaction of windmills in widespread arrays,” Laboratory Report No. LTR-LA-171 (National Aeronautical Establishment, Otawa, 1974).
1977, The spacing of wind turbines in large arrays, Energy Convers., 16, 169, 10.1016/0013-7480(77)90024-9
1980, The efficiency of wind turbine clusters, 401
2006, Analytical modelling of wind speed decit in large offshore wind farms, Wind Energy, 9, 39, 10.1002/we.189
1984, A large-eddy simulation model for the study of planetary boundary-layer turbulence, J. Atmos. Sci., 6, 2311
1999, Surface length-scales and shear stress: Implications for land-atmosphere interaction over complex terrain, Water Resour. Res., 35, 2121, 10.1029/1999WR900094
2005, A scale-dependent Lagrangian dynamic model for large eddy simulation of complex turbulent flows, Phys. Fluids, 17, 025105, 10.1063/1.1839152
2003, Symmetry-preserving discretization of turbulent flow, J. Comput. Phys, 187, 343, 10.1016/S0021-9991(03)00126-8
1963, General circulation experiments with the primitive equations. I. The basic experiment, Mon. Weather Rev., 91, 99, 10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2
1992, Stochastic backscatter in large-eddy simulations of boundary layers, J. Fluid Mech., 242, 51, 10.1017/S0022112092002271
1988, Spectral Methods in Fluid Dynamics
2007, Advances in large-eddy simulation of a wind turbine wake, J. Phys.: Conf. Ser., 75, 012041, 10.1088/1742-6596/75/1/012041
2008, Large-eddy simulation of spectral coherence in a wind turbine wake, Environ. Res., 3, 015004
Large eddy simulations of large wind-turbine arrays in the atmospheric boundary layer
Experimental study of the horizontally averaged flow structure in a model wind-turbine array boundary layer, J. Renewable Sustainable Energy, 10.1063/1.3289735
1972, A First Course in Turbulence