大型风电场中尾流与阻塞效应的双尺度相互作用

风力机尾流和风电场阻塞效应可能显著影响大型风电场的发电量。在本研究中，我们对 50 个具有不同风力机布局和风向的无限大型海上风电场进行了大涡模拟（LES）。将 LES 结果与双尺度动量理论（Nishino & Dunstan 2020, J. Fluid Mech. 894, A2）相结合，以研究大型但有限尺寸风电场的空气动力学性能。结果发现，无限大型风电场的功率是阵列密度的强函数，而大型有限尺寸风电场的功率同时取决于阵列密度和风力机布局。基于双尺度动量理论导出的解析模型能很好地预测所研究的所有 50 个风电场的阵列密度影响，因此可用作风电场性能的上限。我们还提出了一种新方法来量化风力机尺度损失（由风力机尾流相互作用引起）和风电场尺度损失（由风电场平均风速降低引起）。两者均取决于大气对风电场响应的强度，我们的结果表明，对于大型海上风电场，风电场尺度损失通常是风力机尺度损失的两倍以上。研究发现这是由风力机尾流和风电场诱导效应之间的双尺度相互作用所致，这解释了风力机布局对风电场功率的影响为何随大气响应强度而变化。