如果車輪的每一轉(zhuǎn)都是一圈，那么風(fēng)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(fēng)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(zhuǎn)向下游渦輪機，根據(jù)工廠規(guī)模和設(shè)計，現(xiàn)有設(shè)施每年可實現(xiàn)1%–2%的能源生產(chǎn)收益。

在能源部的資助下，NREL開發(fā)了FLOw重定向和穩(wěn)態(tài)感應(yīng)(FLORIS)模型，以幫助風(fēng)力發(fā)電場運營商優(yōu)化渦輪機相互作用。該開源軟件允許用戶設(shè)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(yù)測。在NREL位于科羅拉多州Boulder的國家風(fēng)能技術(shù)中心以及德克薩斯州拉伯克的規(guī)?；L(fēng)電場技術(shù)(SWiFT)設(shè)施進行的一輪和兩輪機研究為FLORIS的更新做出了貢獻。商業(yè)海上設(shè)施的另一臺單渦輪機試驗提供了關(guān)于最佳配置的更多見解。

負責(zé)實驗室風(fēng)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(guī)模采用控制措施之前，行業(yè)需要先在現(xiàn)實環(huán)境中進行現(xiàn)場試驗。”

為了填補這一空白，F(xiàn)leming及其同事最近設(shè)計了一項研究，以使風(fēng)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(fēng)能中心的子區(qū)域中安裝了一系列傳感設(shè)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(shù)據(jù)點，這大大提高了我們分析模擬預(yù)測的準(zhǔn)確性的能力，”弗萊明說。

NREL現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布了第四代FLORIS軟件，該軟件具有更高的準(zhǔn)確性和可用性。該版本包括流動物理學(xué)的另一種表示形式，它結(jié)合了對尾流轉(zhuǎn)向空氣動力學(xué)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(jīng)過重新設(shè)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(fēng)能科學(xué)雜志“風(fēng)能科學(xué)”(Wind Energy Science)上發(fā)表了他們來自現(xiàn)場試驗的研究結(jié)果的第1部分。作者確定了幾個需要改進的方面，例如動態(tài)控制器設(shè)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(jù)FLORIS的預(yù)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(fēng)力發(fā)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(yè)對實施優(yōu)化控制表示出廣泛的興趣也就不足為奇了，”弗萊明說。