Two-scale interaction of wake and blockage effects in large wind farms
Two-scale interaction of wake and blockage effects in large wind farms
复制标题
大型风电场尾流与阻塞效应的两尺度交互作用
DOI：
10.1017/jfm.2022.979
复制
发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Kirby A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kirby A
涡轮机尾流和风电场阻塞效应可能会显著影响大型风电场产生的功率。在这项研究中，我们进行大涡模拟（LES）的50个无限大的海上风电场与不同的涡轮机布局和风向。LES结果与双尺度动量理论（Nishino & Dunstan，J.Fluid Mech.，第894卷，2020年，第A2页），以研究大型但有限尺寸农场的空气动力学性能。无限大的农场的功率被发现是一个强大的功能的阵列密度，而大的有限大小的农场的功率取决于阵列密度和涡轮机布局。从双尺度动量理论推导出的分析模型预测了阵列密度对所有50个农场的影响，因此可以用作农场性能的上限。我们还提出了一种新的方法来量化涡轮机规模的损失（由于涡轮机尾流相互作用）和农场规模的损失（由于农场平均风速的降低）。它们都取决于大气对风电场响应的强度，我们的研究结果表明，对于大型海上风电场，风电场规模的损失通常是涡轮机规模损失的两倍以上。这被认为是由于涡轮机尾流和农场感应效应之间的双尺度相互作用，解释了为什么涡轮机布局对农场功率的影响随大气响应的强度而变化。
Turbine wake and farm blockage effects may significantly impact the power produced by large wind farms. In this study, we perform large-eddy simulations (LES) of 50 infinitely large offshore wind farms with different turbine layouts and wind directions. The LES results are combined with the two-scale momentum theory (Nishino & Dunstan, J. Fluid Mech., vol. 894, 2020, p. A2) to investigate the aerodynamic performance of large but finite-sized farms as well. The power of infinitely large farms is found to be a strong function of the array density, whereas the power of large finite-sized farms depends on both the array density and turbine layout. An analytical model derived from the two-scale momentum theory predicts the impact of array density very well for all 50 farms investigated and can therefore be used as an upper limit to farm performance. We also propose a new method to quantify turbine-scale losses (due to turbine–wake interactions) and farm-scale losses (due to the reduction of farm-average wind speed). They both depend on the strength of atmospheric response to the farm, and our results suggest that, for large offshore wind farms, the farm-scale losses are typically more than twice as large as the turbine-scale losses. This is found to be due to a two-scale interaction between turbine wake and farm induction effects, explaining why the impact of turbine layout on farm power varies with the strength of atmospheric response.
登录
查看更多内容
德国湾超大型风电场的尾流特性和功率输出
DOI：
--
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
作者：
Oliver Maas;S. Raasch
通讯作者：
S. Raasch
风力涡轮机的局部阻塞效应
DOI：
10.1088/1742-6596/625/1/012010
发表时间：
2015
期刊：
Journal of Physics: Conference Series
影响因子：
--
作者：
T. Nishino;S. Draper
通讯作者：
S. Draper
使用大涡模拟量化风电场性能对阵列布局选项的敏感性
DOI：
--
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
作者：
C. Archer;S. Mirzaeisefat;Sang Lee
通讯作者：
Sang Lee
影响因子：
3.7
作者：
T. Nishino;T. Dunstan
通讯作者：
T. Dunstan
超大型风电场的二尺度动量理论
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
T. Nishino
通讯作者：
T. Nishino