現場試驗驗證了風輪機尾流轉向的大規模影響

如果車輪的每一轉都是一圈，那么風力渦輪機葉片的每次掃掠都是一個機會。這就是國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員如何看待風電廠運營商使用電廠級控制來增加能源捕獲的潛力。通過將單個渦輪機尾流轉向下游渦輪機，根據工廠規模和設計，現有設施每年可實現1%–2%的能源生產收益。

在能源部的資助下，NREL開發了FLOw重定向和穩態感應(FLORIS)模型，以幫助風力發電場運營商優化渦輪機相互作用。該開源軟件允許用戶設計控制器，該控制器可以為不同條件下的渦輪機運行選擇最佳偏航角。

在過去的幾年中，NREL研究人員進行了幾次小型活動來驗證FLORIS的預測。在NREL位于科羅拉多州Boulder的國家風能技術中心以及德克薩斯州拉伯克的規模化風電場技術(SWiFT)設施進行的一輪和兩輪機研究為FLORIS的更新做出了貢獻。商業海上設施的另一臺單渦輪機試驗提供了關于最佳配置的更多見解。

負責實驗室風電場控制研究的NREL高級工程師Paul Fleming說：“采用這種方法不乏興趣。” “但是在我們看到大規模采用控制措施之前，行業需要先在現實環境中進行現場試驗。”

為了填補這一空白，Fleming及其同事最近設計了一項研究，以使風電廠控制研究更加清晰。在為期3個月的野外研究中，研究小組在Peetz風能中心的子區域中安裝了一系列傳感設備，包括地面激光雷達，氣象塔和兩個聲雷達。

“我們的實驗裝置使用特定的儀器來收集其他數據點，這大大提高了我們分析模擬預測的準確性的能力，”弗萊明說。

NREL現在已經發布了第四代FLORIS軟件，該軟件具有更高的準確性和可用性。該版本包括流動物理學的另一種表示形式，它結合了對尾流轉向空氣動力學的理解的進步。NREL軟件工程師還介紹了一種模塊化方法，該方法可以快速添加功能，還可以使用經過重新設計的界面，使研究人員可以更好地控制仿真。

弗萊明和同事在風能科學雜志“風能科學”(Wind Energy Science)上發表了他們來自現場試驗的研究結果的第1部分。作者確定了幾個需要改進的方面，例如動態控制器設計的改進，時間過濾和不確定性量化。但是，他們報告說，控制器根據FLORIS的預測成功地增加了下游渦輪機的能量捕獲。

“鑒于典型的300兆瓦(MW)風力發電廠的2%的收益每年可帶來100萬美元的額外利潤，因此，該行業對實施優化控制表示出廣泛的興趣也就不足為奇了，”弗萊明說。