Более точное прогнозирование мощности ветряных ферм

Новая вычислительная модель, разработанная инженерами Института устойчивой энергетики имени Ралфа О'Коннора при Университете Джона Хопкинса, позволяет точно прогнозировать выходную мощность ветряных электростанций. Даже тех, которые построены с использованием нестандартных и нетрадиционных схем ветряных турбин. Такой подход мог бы помочь как проектировать новые ветряные электростанции, так и более эффективно использовать уже существующие. Нам необходимо иметь возможность прогнозировать выходную мощность ветряной электростанции на стадии проектирования, чтобы ферму можно было разместить в наиболее выгодном месте и с оптимальным размещением турбин. Более качественное и быстрое моделирование может помочь нам сэкономить деньги при строительстве новых ветряных электростанций и повысить эффективность работы существующих ветряных электростанций, сказала Деннис Гэйм, доцент кафедры машиностроения Университета Джона Хопкинса и руководитель исследования, которое недавно было опубликовано в журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy.

По данным Управления энергетической информации США, в настоящее время на чистую возобновляемую энергию ветра приходится более 8 процентов американской выработки электроэнергии по сравнению с примерно 4 процентами в 2014 году.

В марте президент Джо Байден объявил о плане расширения морских ветроэнергетических проектов, что является частью более крупной инициативы по значительному увеличению производства возобновляемой энергии в США и сокращению выбросов парниковых газов к 2030 году.

Не так давно американская администрация официально одобрила строительство первой в стране крупной морской ветряной электростанции на восточном побережье. Но развитие и эксплуатация крупных ветряных электростанций ставят перед отраслевым профессиональным сообществом новые инженерные задачи.

По словам Деннис Гэйм, классические инженерные модели, ранее использовавшиеся для оценки выходной мощности ветряных электростанций среднего размера, не всегда надежно работают для более крупных ветряных электростанций, где более распространено применение сложных турбин.

В отличие от этого, модель исследователей Area Localized Coupled, или ALC, может прогнозировать выходную мощность ветряных электростанций различных размеров и геометрий, которые все чаще встречаются в реальном мире.

Новая модель объединяет две наиболее часто используемые модели ветряных электростанций. А именно, модели следа на уровне турбины, которые описывают восходящее взаимодействие в следе, а также крупномасштабные нисходящие модели, описывающие взаимодействия с пограничным слоем атмосферы.

Ключевой особенностью модели ALC является то, что она может рассчитывать не только общую мощность, производимую ветряной электростанцией, но также и условия циркуляции местного атмосферного потока вокруг отдельных турбин. Кроме того, новая модель может быть запущена за долю времени, необходимого для проведения высокоточного моделирования ветряных электростанций.

Используя объединенный подход ALC, команда точно и эффективно воспроизвела данные подробного численного моделирования, тем самым более точно зафиксировав условия потока в различных схемах ветряных электростанций.

По словам исследователей, прогнозируя, как ветряные электростанции будут работать в реальном мире, новая структура может оптимизировать работу ветряных электростанций на нескольких уровнях.

Например, точные прогнозы мощности имеют решающее значение в процессе доставки электроэнергии, произведенной оффшорными ветряными электростанциями, в национальные электрические сети.

Улучшая работу ветряных электростанций, мы можем помочь миру перейти к стопроцентной выработке электроэнергии с использованием возобновляемых источников в течение следующих нескольких десятилетий, сказала первый автор Женевьева Старке, аспирант в области машиностроения.

https://hub.jhu.edu