几个世纪以来,风能为社会提供了基本的电力需求,从公元前5000年利用风能推动船只到公元11年驱动灌溉泵和农业设备,如风车2022世界杯美洲区赛程表th世纪。今天,风力涡轮机产生了超过5%的全球总电力供应,风力发电场是一个越来越常见的景观。
然而,当风力发电场的一部分或靠近其他涡轮机时,每个单独的风力涡轮机都被认为是独立的单元,单个涡轮机产生的尾流会对周围的涡轮机产生影响。传统上,每个涡轮机的配置都是为了最大限度地提高自身的发电量,很少有人注意到机组聚集在一起时如何相互补充封闭式.
这使得一组研究人员麻省理工学院调查并看看是否有办法优化风力发电场的能量输出,产生更多的电力。
基本上,所有现有的公用事业规模的涡轮机都被“贪婪地”独立地控制着。
Michael F. Howland,麻省理工学院土木与环境工程教授
发表在杂志上自然能源在美国,该团队采用了一种模拟涡轮机周围风流的策略,他们报告称,这种方法能够提高能源输出,而不需要对涡轮机硬件进行任何额外投资。
怜物理模型
通常,由于土地资源可用性或基础设施方面的考虑,风力涡轮机通常被放置在风电场中彼此靠近的地方。每个涡轮产生的气流和湍流会直接影响附近的气流和湍流,在某些配置下会对性能和发电量产生负面影响。
从流动物理学的角度来看,在风力发电场中把风力涡轮机靠得很近通常是你能做的最糟糕的事情。
Michael F. Howland,麻省理工学院土木与环境工程教授
”使总能源产量最大化的理想方法是把它们尽可能地分开,“但这将增加相关成本。
利用流动模型,研究小组计算了如何调整每个涡轮机,以优化风力发电场中组合单元的气流。总的能量增加了1.3%,风速增加了3%。
虽然这些数字看起来相对较小,但如果应用到目前世界上运行的风力发电场的总数,它将产生足够大约300万户家庭使用的电力。
该模型值得注意的是,由于它优化了现有的风力发电场配置,无需安装额外的涡轮机,这意味着成本实际上是最小的,实际上可以为能源公司提供数十亿美元的提振。
集中控制
单个涡轮机不断地感知周围的环境条件,特别是风速和风向,并作出反应。内部硬件和软件系统在每个单独的涡轮机工作,以调整每个单元的角度和位置,使其尽可能接近风。然而,这并没有考虑到相邻涡轮机的位置或尾迹。
然而,麻省理工学院团队开发的模型发现,根据附近涡轮机产生的集体变量,对一个涡轮机的最大输出位置进行轻微调整,就可以增加发电量。
图片来源:麻省理工学院
使用流物理模型和相关数据交互实现集中控制系统,产生的功率和输出水平比传统操作高出32%。
通过相应的调整和考虑尾流损失,流动模型方法可以优化陆地和海上风力发电场,这两个地方的尾流损失和影响通常更大。这将有助于更广泛地采用风力发电技术,从长远来看,这将有助于减少温室气体排放。
参考资料及进一步阅读
M.豪兰和J.奎萨达,et al。(2022)基于预测模型的集体风电场运行增加了公用事业规模的能源生产。自然能源,[网上]网址:https://www.nature.com/articles/s41560-022-01085-8
钱德勒,D (2022)一种无需新设备就能提高风力发电场能量输出的新方法2022世界杯美洲区赛程表.[在线]麻省理工新闻|麻省理工学院。可以在:https://news.mit.edu/2022/wind-farm-optimization-energy-flow-0811
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