Ученые из Крэнфилдского и Оксфордского университетов представляют теоретическую модель для оценки аэродинамического воздействия башен ветряных турбин на производительность ветряных электростанций. Используя так называемый двухуровневый метод баланса связанного импульса, группа смогла теоретически и с помощью вычислений реконструировать условия, с которыми крупные ветряные электростанции могут столкнуться в будущем, включая эффект демпфирования, возникающий при размещении турбин, расположенных близко друг к другу.
По словам автора Лун Ма, ключевой особенностью статьи является то, что последнее обновление их модели выходит за рамки ротора ветряной турбины.
«В этой статье мы вновь учли влияние башен ветряных турбин, которые действуют как опорные конструкции, что было проигнорировано в исходной двухмасштабной модели импульса», – сказал Ма. «Таким образом, по сути, новая модель помогает нам понять потенциальное влияние опорных конструкций ветряных турбин на эффект блокировки ветряной электростанции."
Даже обширные оффшорные ветряные электростанции сталкиваются с эффектом блокировки, при котором ветер замедляется по мере приближения к турбинам, а также с эффектом следа, при котором турбины замедляют ветер, когда он проходит мимо них.
Однако точное прогнозирование таких характеристик ветряной электростанции до ее строительства остается серьезной проблемой для отрасли.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи обратились к двухуровневому импульсному моделированию, которое имитирует снижение эффективности отдельных ветряных турбин по мере того, как большее количество ветряных турбин находится на близком расстоянии друг от друга в пределах ветряной электростанции, если рассматривать ее как идеальную, бесконечно большую ветряную электростанцию.
«Это снижение эффективности, предсказываемое двухуровневой импульсной моделью, тесно связано с эффектом блокировки ветряной электростанции», – сказал Ма. «Однако исходная двухмасштабная модель импульса была сильно упрощенной моделью и нуждалась в дальнейших улучшениях для практических приложений."
Группа объединила уравнение баланса импульса с другим подходом, называемым теорией приводных дисков, что позволило им учитывать другие факторы, такие как влияние опорных конструкций турбины.
Такой подход позволил им начать рассмотрение более практических сценариев, таких как ветряные электростанции конечного размера.
Затем они провели моделирование с использованием вычислительной гидродинамики, чтобы убедиться, что такие структуры способствуют блокирующему эффекту, особенно из-за сопротивления ветра, которое они создают.
Ма сказал, что группа постарается лучше понять, как эффект блокировки меняется в зависимости от погодных условий.