减少风力涡轮机尾流可以为风电场节省数百万美元

研究人员正在收集有关风如何穿过风力发电厂的最全面的数据，以帮助设计更高效的发电厂并降低风能成本

“风车，”鲍勃·科尔说，“不要吃东西。”

俄克拉荷马州的牧场主和小麦种植者克尔经历了多年的干旱，眼睁睁地看着他农田上的池塘消失在结块的土地中。没有水，他的小麦和牛就无法生存。如果他们无法生存，农场也可能无法生存。

因此，43 年后，克尔决定种植完全不同的东西：风力。他将干涸的土地租给了一个风电场。 “这是稳定、可靠的收入，”他 告诉 全国公共广播电台。 “我不用担心喂它们，不用担心冬天给它们破冰，不用担心这些风车跑到路上。这只是一笔无需担心的交易。”

对于像克尔这样生活在俄克拉荷马州等风力资源丰富的州的农民来说，这笔交易很快就会变得更好。 2022 年春季，国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员将发起一项国际性、多机构风能领域活动，名为“ 美国唤醒实验（AWAKEN）。该研究由美国能源部 (DOE) 风能技术办公室资助，将收集世界上最全面的风能大气现象数据集，其中包括可能使风电场平均损失约 10% 潜在能源的尾流。一旦完成，这些数据可以帮助风电场以及像克尔这样租赁土地的农民生产更多的能源并赚取更多的利润。

风胜！气流如何穿过风力发电厂尚不清楚。这就是为什么 AWAKEN 研究团队正在使用无人机和激光雷达来绘制风在风力涡轮机之间和周围的流动情况，并提供关键数据，帮助开发商增加工厂的收入和能源产量。动画由 NREL 的 Josh Bauer 制作。 文字版.

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与摩托艇一样，快速移动的风力涡轮机叶片产生的尾流可以改变到达顺风涡轮机和发电厂的能量。但目前 能源预测模型 太不精确，无法准确说明苏醒会损失多少能量或利润，或者如何防止这种损失。

NREL 研究人员计划改变这一现状。

“这次野战，”说 帕特里克·莫里亚蒂领导 AWAKEN 项目的 NREL 高级工程师“将为我们提供当今世界上风电场大气相互作用的最高分辨率观测结果。”

此前，莫里亚蒂和他的 NREL 同事设计了 模型和模拟 估计风如何穿过风力发电厂。但莫里亚蒂说，如果没有观测数据支持，“我们不知道我们的模型有多准确。”现在，从 2022 年春季到 2023 年 XNUMX 月，该团队将使用大量传感器收集观测数据，包括安装在飞机上、运营风电场内部和周围的传感器。

但在进行任何数据收集之前，莫里亚蒂和他的研究团队需要找到合适的位置来放置仪器，以获得涡轮机的清晰图像。 “如果路上有树木、建筑物或山丘，就会阻碍我们的努力，”莫里亚蒂说。还有：在 7 月份前往俄克拉荷马州进行实地考察期间，团队发现了很多障碍。

然后，一旦找到放置传感器的最佳位置，研究人员就必须说服土地所有者安置它们——当然，这是为了换取租金。早在七月份，莫里亚蒂就遇到了一位“非常友好”的牧场主，他向研究人员提出了很多关于他后院风电场的问题。克尔并不是唯一对新型农业感兴趣的人。

在接下来的几年里，这些传感器将在俄克拉荷马州北部的五个风电场训练激光——选择该地点是因为该地区现有风电场数量众多且未来潜力巨大。安装在涡轮机上或附近的传感器的激光和雷达光束（就像交通警察用来监测车速的光束）将反射灰尘和虫子——因为不同的风速和路径会改变这些颗粒的摆动方式，这些数据可以帮助创建一个的立体图 风流如何在涡轮机周围移动.

但大规模的尾流可以持续 20 英里或更远，并到达完全不同的风力发电厂。 “没有任何观测系统具有这样的范围，”莫里亚蒂说。 “迟早，你需要一架飞机。”

在“唤醒”实地活动的最后一步，专用飞机将在一个工厂之间飞行传感器，以收集大规模数据并了解一个风力发电厂的尾流可能如何影响其邻居。与此同时，无人机将使用更快的传感器来获取比以前的工具更精确的数据。

然后，当 2023 年收集数据时，研究人员将绘制出大气影响并创建一个开源的、全球可访问的数据集（将托管在美国能源部 Wind 数据档案和门户）。这些数据可以为风电场开发商提供急需的指导，指导他们如何定位风力涡轮机，以最大限度地提高工厂的能源产量。这种信息灵通的风力发电厂设计可能会增加 5% 的能源（并带来更多的收入）。

在 AWAKEN 结束后，莫里亚蒂希望进行类似的大规模现场活动，以绘制出唤醒效果 海上风力发电厂 ——尤其是漂浮植物，其数据很少。但莫里亚蒂还希望改进他们的数据收集工具，最终制作出一幅更高分辨率的地图，显示风如何穿过风力发电厂。

“我们越来越近了，”莫里亚蒂说。第一站：俄克拉荷马州。

进一步了解 觉醒 和 NREL 的 风能研究.

文章礼貌 国家可再生能源实验室.

 

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资料来源：https://cleantechnica.com/2022/01/25/reducing-wind-turbine-wakes-could-save-wind-farms-millions/