ההשפעה של Turbine Spacing על ביצועי החווה

הסדר של טורבינות רוח בתוך החווה רוח הוא אחד ההחלטות העיצוביות הקריטיות ביותר המשפיעות הן על לכידת אנרגיה כוללת והן עלות תפעולית ארוכת טווח.בין הגורמים הרבים שהמהנדסים חייבים לאזן, המרחק בין טורבינות אינדיבידואליות - המכונה באופן בולט כספאן חיוני - משחק תפקיד מרכזי בקביעת כמות הכוח המוח יכול לייצר.

חוות רוח מודרנית, במיוחד מתקנים גדולים בחו"ל, יכולה לכלול עשרות או אפילו מאות טורבינות.האפקט המצטבר של התעוררות פירושו שאפילו שינויים קטנים בספאץ יכולים לתרגם למיליונים של דולרים שאבדו או צברו הכנסות במהלך החיים של הפרויקט. מאמר זה מספק מבט מעמיק על האופן שבו הלבנת טורבינות משפיעה על דינמיקות, כיצד מהנדסים קובעים פריסות אופטימליות, ומה אסטרטגיות משמשים כדי לאזן אנרגיה עם מגבלות כלכליות.

להבין את הפיזיקה של רוחות

מה זה Turbine Wake?

כאשר הרוח נתקל טורבינות רוח, חלק מהאנרגיה הקינטית שלה מופק על ידי הרקטור ומומר לתוך מכני ולאחר מכן אנרגיה חשמלית.המיצוי זה גורם הרוח מיד מאחורי הרקב כדי להאט.אזור של זרימה מחוסמת ידוע כמו ההתעוררות הקרובה, והוא מאופיין על ידי גירעון מהירות מובהק ועוצמה סוערת גבוהה.

הצורה המדויקת והכוח של התעוררות תלויים בגורמים מרובים, כולל הקוטר של טורבינה, גובה מרכז, דחף coefficient, ואת התנאים האטמוספריים המתפתלים כגון אינטנסיביות סוערת ורוח. לדוגמה, בתנאים אטמוספיריים מאוד, ההתעוררות מתאוששת מהר יותר, כי זעזועים סוערים לערבב את האוויר איטי עם אוויר מהיר יותר ויותר סביב זה, במצבי אורנטי יותר, בטמפרטורות נמוכות יותר, או סוערות, בטמפרטורות איטיות יותר, בטמפרטורות איטיות יותר, בטמפרטורות איטיות יותר.

שחזור מכניזם

התאוששות ערה מונעת משני מנגנונים עיקריים: ערבוב סוערת ואימון. תערובת טורבולנטי מתרחשת כאשר שכבת הרהר בין ההתעוררות האיטית לבין הזרם החופשי המהיר יותר מייצר eddies אשר מעבירה תנופה לתוך ההתעוררות.הגבוה יותר את הזעזועים המסובכים, מהר יותר את ההתעוררות.

חשוב לציין כי התאוששות היא לא תהליך ליניארי.גירעון המהירות מתקלקל בערך כמו ההפוך של מרחק במורד הזרם, כלומר ההתאוששות המהירה ביותר מתרחשת בקוטרים הראשונים מאחורי הטורבינות.לאחר כ 5 עד 7 קוטרים, שיעור ההתאוששות מאט, והתעורר הופך להיות יותר מטבוליט.התנהגות זו יש השלכות עמוקות על החלטות ספאק: טורבינות קרובה מאוד למהירויות קצרות (במיוחד למהירויות מהירות) כדי למהירויות מהירות יותר, במיוחד למהירויות מהירות, תוך כדי מהירויות מהירות יותר, כאשר הגירעון גבוה יותר, תוך כדי מהירויות מהירות יותר, 7.

ההשפעה של Turbine Spacing on Wake Dynamics

Downstream (Streamwise) ספיגה

המרחק בין טורבינות לאורך כיוון הרוח השורר - לעתים קרובות נקרא פלטווי או ירידה הזרם - הוא הפרמטר הקריטי ביותר עבור ניהול ההתעוררות. בחוות רוח גדולות טיפוסיות, טווחי ספא מ 5 עד 12 קוטרים רוטורים (D) כאשר טורבינות חלל רק 5D בנפרד, טורבינות למטה יכול לחוות אובדן כוח של 30-40% לעומת טורבינות חינם, בהתאם להפסדים נמוכים יותר מ -10D2D, לעתים קרובות, לעומת 10D ירידה של ירידה של ירידה של 10D ירידה של ירידה של ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה, לעומת ירידה של ירידה של ירידה של 10D ירידה של ירידה של 10D ירידה של ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של ירידה ב , לעומת ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה בהפסדים פחות או ירידה של 10D ירידה של ירידה ב , לעומת ירידה של 10D ירידה ב , לעומת ירידה ב , לעומת ירידה ב , לעומת ירידה ב קיבולת נמוכה יותר של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה של 10D ירידה ב קיבולת נמוכה יותר של 10D ירידה של 10D ירידה ב קיבולת נמוכה יותר ירידה ב קיבולת נמוכה יותר

בחוות רוח Offshore, שבו עלות הקרקע אינה מעצימה אלא קלינג ועלויות הבסיס גבוהות, לעתים קרובות להשתמש גדול יותר למטה הזרם ספיגה (למשל, 8-12D) כדי למקסם את לכידת האנרגיה לכל טורבינות. על החוף, שבו אדמה היא נדירה ויקרה, מפתחים עשויים לקבל ספיגה הדוקה יותר (6-8D) כדי להגדיל את מספר טורבינות לאזור, לקבל הפסדים גבוהים יותר בתמורה לקיבולת גבוהה יותר עבור מיקום אופטימלי, על בסיס אופטימלי, על בסיס משאבים, על בסיס אופטימלי, על בסיס משאבים כלכלי, תלוי.

Crosswind (Spanwise) Spacing

המחווט לכיוון הרוח, או התכווצויות, חשוב גם אך במידה פחותה להתעורר התאוששות בכיוון הרוח השורר.כאשר טורבינות מסודרים בשורהים לרוחות, מתעוררות תופעות של טורבינות צד-יד-יד הן מינימליות אם התכווטות הן לפחות 3-5 D.

מחקר ממעבדת האנרגיה הלאומית (NREL) 1 ו-FLT:2Technical University ofדנמרק (DTU)FLT 3 הראה כי אספקת רוחב של פחות מ 3D יכולה להוביל לעומסי זעזועים מוגברים ולהגדיל את הביצועים, במיוחד בכיוונים הרוח שאינם צפויים באופן מושלם עם מערכת הרוח המודרנית.

אפקט ספיגה על החווה-Level Power Output

ההשפעה המצטברת של טורבינות התכווצות על ייצור אנרגיה החווה הכולל היא משמעותית.עבור אזור קרקע נתון, יש החלפה בין מספר טורבינות מותקנות ואת הגורם הממוצע של כל טורבינות הוספת יותר טורבינות (שיוט קצר) מגביר את יכולת ה-plate אבל מפחית את הפלט טרמפולינה עקב הפסדים מתעוררים.

מחקרים רבים הגדירו את מערכת היחסים הזו.לדוגמה, חוות רוח טיפוסית על החוף עם 7D ירידה בספא הזרם עשוי להשיג יעילות חקלאית (אנרגיה רגילה המחולקת בסכום של אנרגיות טורבינות חופשיות) של כ-85 עד 90 אחוזים.הפחתת כמות ה- 5D יכולה להפחית את היעילות ל- 70-75%, בעוד שהגדלת התכווצויות ל- 10D יכולה להעלות יעילות מעל 95%, אך במחיר של מספר עצום של טכניקות של פרימיות, בדרך כלל, כאשר הן מאפשרות סימולציות מתקדמות יותר:

אסטרטגיות ספיגה אופטית ומודלים גישות

הנחיות

הנחיות עיצוב רוח מסורתיות עיצוב החווה יש הרבה זמן המליצו על 7-10 קוטרים רוטטור בכיוון הרוח השורר ו 3-5 קוטרים רוטטור להצטבר.כללים אלה של אצבע מבוססים על תצפיות אמפיריות ומודלים קלים מתעוררים שפותחו בשנות ה-80 וה-90. בעוד הם נשארים שימושיים עבור עיצוב ראשוני, פרויקטים מודרניים להסתמך יותר ויותר על דינמיקות חישובית (CD) או מודלים פשוטים מתעוררים עבור מודלים, טורבינות רוח, תכונות מורכבות, הורמון, טורבינות, ותכונות.

לדוגמה, ה- 0.10.4.R.E.R.E.R.E.R.E.R.E.R.E.R.E.R.E.R.E.E.R.E.R.E.R.E.S.R.E.R.E.E.R.E.E.E.S.E.R.E.S.E.S.S.E.E.E.E.E.E.E.E.E.R.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.R.E.E.E.E.R.R.R.E.E.E.E.E.E.E.E.R.R.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.E.

טכניקת אופטימיזציה של Layout Optimization

במקום להשתמש ברשת אחידה, חוות רוח מודרניות רבות מעסיקות פריסות לא סדירות או מגוחות אשר מפחיתות את ההשפעה המצטברת של התעוררות.על ידי חתירה או עמודות, טורבינות פחות סבירות להיות ישירות בעקבות יחידות מרובות במעלה הזרם. אלגוריתמי אופטימיזציה, כגון אלגוריתמים גנטיים או שיטות מבוססות ⁇ , יכול לשנות באופן אוטומטי עמדות כדי למקסם את הערך הנוכחי (NPV) או ייצור שנתי (A) בעוד מגבלות מהירות, כמו מגבלות, כמו מגבלות מכפולת, כמו מגבלות, כמו קווי קירור, כמו מגבלות, כמו מגבלות, .

אחת האסטרטגיות של אופטימיזציה היא להגדיל את התכווצות בכיוונים עם צפיפות האנרגיה הגבוהה ביותר של אנרגיית הרוח.עבור אתרים עם רוחות כיוון חזק (למשל, עשבים דומיננטיים), טורבינות ניתן להציב קרוב יותר יחד רוחב ורווחים רחוק יותר מלבד הרוח.עבור אתרים עם רוחות משתנות יותר, ספא טרופי יותר עשוי להיות נחוץ.

להתעורר ושליטה

(ה) ,השלמה המחודשת של אופטימיזציה לספאם היא שליטה פעילה, הנקראת לעתים קרובות "FLT:0wake HivesFLT 1" (בגישה זו, טורבינות הן מעט הרחק מן הרוח כך ששורשיהן מתפוררים הצידה, הרחק מטורפות במורד הזרם: NRFEL יכולים להפחית ביעילות את ההפסדים ללא שינוי הפריסה הפיזית.

עם זאת, היגוי מתעורר מטיל עומס נוסף על רכיבי טורבינות ועשוי לדרוש מערכות בקרה מתוחכמות יותר.הסחר בין רווח אנרגיה לעייפות נוספת חייב להיות מוערך עבור כל אתר.החלטות ספיגה ואסטרטגיות בקרה קשורים באופן הדוק: חוות עם יתרון מתקרב יותר מלהתעורר כי ההתעוררות חזקה יותר ונקייה יותר, בעוד חוות עם ספיגה רחבה עשויים לראות שיפור קטן.

עלויות Balancing, יעילות, וקיימות

סחר כלכלי בספאקים

ההחלטה הכספית על ספיגה טורבונית כוללת יותר מאשר רק את ההשפעות של מחירי השכירות הקרקע, הנדסה בסיסית, תשתיות חשמל, ותחזוקת נגישות כל משתנה עם ספיגה.בפרויקטים בחו"ל, העלות של כבלים בין-ריי והתקנה שלהם יכולה להיות גורם מרכזי - פיזור טורבינות נוספות מלבד הגדלת אורך הכבלים וזמן ההתקנה, העלאת הוצאות הון.

מפתחי רוח מודרניים משתמשים במודלים כלכליים משולבים המנציחים את העלות המטבולית של אנרגיה (LCOE) כפונקציה של ספיגה.מודלים אלה משלבים הפסדים מתעוררים באמצעות מודלים מתעוררים, עלויות בנייה באמצעות עצירות מפורטות, ועלויות תפעוליות באמצעות הערכות אמינות.הספא הממזער את LCOE אינו בהכרח אחד הממקסים את AEP, כי העלות של תשתיות קרקעיות ותשתית יכולה לעלות על פני הרווח של אנרגיה 8D בהשוואה לקרנות טיפוסיות על פני השטח.

שיקולים סביבתיים וארץ

לחווה החווה יש גם השלכות סביבתיות. טביעת רגל גדולה יותר יכולה לבריחות, להשפיע על מסדרונות חיות בר, ולגדל את ההשפעה החזותית.בכמה אזורים, מגבלות רגולטוריות על צפיפות או כוח שטח הכולל של פרויקט הכולל כדי להשתמש בספא חזק יותר מאשר אחרת היה. Balancing אנרגיה ייצור עם נתיבים אקולוגיים וחברתיים הוא חשוב יותר ויותר.

בצד החיובי, ספיגה אופטימיזציה יכול להפחית את מספר טורבינות הדרושות כדי לענות על יעד אנרגיה נתון, ובכך להפחית את טביעת הרגל הסביבתית הכוללת.זהו טיעון מפתח עבור מודלים מתקדמים יותר ועיצוב: פריסות טובות יותר משמעות פחות טורבינות ופחות הפרעות קרקע עבור אותו פלט אנרגיה נקייה.

כיוונים עתידיים במחקר ספאק

ככל טורבינות הרוח לגדול יותר (כיום מעל 15 מ"ג בחו"ל עם 250 מטר רוטורס), המאזניים האופטימליים לחיתוך בהתאם.אבל הפיזיקה של התאוששות ערה משתנה גם עם סולם טורבינות, כי רוטורים גדולים יותר אינטראקציה עם גובה גבוה יותר שבו רוח ויציבות שונה.על ידי מחקר מתמשך באמצעות סריקות וסופרקום מחדש ההבנה שלנו של איך להתעורר באווירה.

יתר על כן, שילוב של חוות רוח לרשת החשמלית הרחבה יותר הוא עניין בחוות "דרדרות" - ניצולן מתחת ליכולת מקסימלית להפחית את ההפסדים מתעוררים ולספק שירותי יציבות רשת.החלטות ספיגה השפעה כמה דרושה עלה, וכמה מהר החווה יכולה להגיב לסיג אותות.הההההשלכה זו של עיצוב רוח עם מערכת כוח היא תחום מבטיח לחדשנות עתידית.

מסקנה

התכשיט Turbine הוא הרבה יותר מאשר פרמטר גיאומטרי פשוט - זה מנוף בסיסי המעצב את הביצועים, הכלכלה, ואת ההשפעה הסביבתית של חווה רוח. על ידי קביעה כמה מהר מתעורר להתאושש וכמה אנרגיה למטה טורבינות הזרם יכול ללכוד, ספיגה ישירות משפיע ישירות על ייצור ברמת החווה ואת העלות של חשמל.

בעוד כללים היסטוריים של אצבע מספקים נקודת התחלה, עיצוב רוח מודרני דורש סימולציה קפדנית ואופטימיזציה כדי להשיג את האיזון הטוב ביותר בין התשואה אנרגיה והשקעות. מפתחים להשקיע בדגימה מדויקת לשקול הן הפריזציות הפסיביות והן בקרת ערות פעיל סביר לראות שיפורים משמעותיים ברווחיות ובקיימות.כטכנולוגיית טורבינות מתפתחת והדחף לאנרגיות מתחדשות, לשלוט על ההשפעה של טורבינות להתעורר על התאוששות תישאר חיונית עבור כל אחד לפיתוח הרוח.