海上風(fēng)力發(fā)電已成為越來(lái)越有希望的可再生能源。然而，關(guān)于大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的空氣動(dòng)力學(xué)影響的大部分知之甚少。本周可再生能源與可持續(xù)能源雜志的新工作旨在為風(fēng)電場(chǎng)所需的結(jié)構(gòu)如何影響氣流提供更多見(jiàn)解。

克蘭菲爾德大學(xué)和牛津大學(xué)的科學(xué)家提出了一種理論模型，用于估算風(fēng)力渦輪機(jī)塔架對(duì)風(fēng)電場(chǎng)性能的空氣動(dòng)力學(xué)影響。通過(guò)使用所謂的兩級(jí)耦合動(dòng)量平衡方法，該小組能夠在理論上和計(jì)算上重建大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將來(lái)可能面臨的條件，包括彼此靠近的間隔渦輪帶來(lái)的阻尼效應(yīng)。

作者馬倫(Lun Ma)說(shuō)，該論文的一個(gè)關(guān)鍵特征是，他們模型的最新更新看起來(lái)超出了風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子。

馬云說(shuō)：“在本文中，我們新考慮了作為支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的影響，而在最初的兩級(jí)動(dòng)量模型中則忽略了這一點(diǎn)。” “因此，從本質(zhì)上講，新模型有助于我們了解風(fēng)力渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)阻塞效應(yīng)的潛在影響。”

甚至廣闊的海上風(fēng)電場(chǎng)都面臨阻塞效應(yīng)，在這種效應(yīng)中，風(fēng)在接近渦輪機(jī)時(shí)會(huì)變慢，在喚醒效應(yīng)中，渦輪機(jī)在經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)降低風(fēng)速。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員轉(zhuǎn)向了兩級(jí)動(dòng)量模型，該模型模擬了當(dāng)在理想的無(wú)限大的風(fēng)電場(chǎng)中將更多風(fēng)輪緊密地放置在一起時(shí)，單個(gè)風(fēng)輪機(jī)的效率如何降低。

馬云說(shuō)：“兩級(jí)動(dòng)量模型預(yù)測(cè)的效率降低與風(fēng)電場(chǎng)的阻塞效應(yīng)密切相關(guān)。” “但是，最初的兩級(jí)動(dòng)量模型是高度簡(jiǎn)化的模型，需要在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。”

該小組將動(dòng)量平衡方程與另一種方法稱(chēng)為執(zhí)行器圓盤(pán)理論相結(jié)合，該方法使它們包括其他因素，例如渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的影響。該方法使他們可以開(kāi)始考慮更實(shí)際的方案，例如規(guī)模有限的風(fēng)電場(chǎng)。

然后，他們使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了仿真，以驗(yàn)證這種結(jié)構(gòu)是否對(duì)阻塞產(chǎn)生了影響，尤其是通過(guò)產(chǎn)生的風(fēng)的阻力。

馬云說(shuō)，該小組將尋求更好地了解阻塞效應(yīng)如何隨天氣情況而變化。