通过共置水平轴与垂直轴风力机进行能量收集
流体动力学
2020-09-23 v2
摘要
共置水平轴与垂直轴风力机近期被提出作为一种可能提升风电场土地面积功率密度的方法。本工作中，我们旨在利用大涡模拟(LES)与分析尾流模型研究此种共置带来的益处。为此，在由水平轴风力机(HAWTs)组成的有限尺寸风电场内部署三角形簇状小规模垂直轴风力机(VAWTs)。我们研究并量化了风电场内的尾流流动以及VAWTs对风电场整体效率的影响。结果表明，小规模VAWTs的最优部署对HAWT阵列性能影响可忽略，同时增加了总功率产出。在所考虑的特定案例中，与仅含HAWTs的基线情形相比，共置风电场的功率输出最多增加21%。此外，通过与LES结果比较，表明此处提出的分析框架能够准确预测同时包含HAWTs与VAWTs的风电场功率产出。接着，作为实际应用，利用校准尾流模型探讨了在Horns Rev 1风电场内部署小规模VAWTs针对不同风向的潜在益处。结果显示，在所研究的特定VAWT布局下，按所有风向平均的风电场功率产出潜在提升约18%。我们还评估了共置风电场的平准化度电成本(LCoE)。模拟发现，尽管VAWTs的安装提高了风电场年发电量，却也增加了LCoE，其原因在于：a) 缺乏运行数据，以及 b) VAWTs与浮式基础的技术成熟度较低。
引用
@article{arxiv.2002.10447,
title = {Energy harvesting via co-locating horizontal- and vertical-axis wind turbines},
author = {Michael Hansen and Peter Enevoldsen and Mahdi Abkar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.10447},
year = {2020}
}