现场试验验证了风轮机尾流转向的大规模影响

如果车轮的每一转都是一圈，那么风力涡轮机叶片的每次扫掠都是一个机会。这就是国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员如何看待风电厂运营商使用电厂级控制来增加能源捕获的潜力。通过将单个涡轮机尾流转向下游涡轮机，根据工厂规模和设计，现有设施每年可实现1%–2%的能源生产收益。

在能源部的资助下，NREL开发了FLOw重定向和稳态感应(FLORIS)模型，以帮助风力发电场运营商优化涡轮机相互作用。该开源软件允许用户设计控制器，该控制器可以为不同条件下的涡轮机运行选择最佳偏航角。

在过去的几年中，NREL研究人员进行了几次小型活动来验证FLORIS的预测。在NREL位于科罗拉多州Boulder的国家风能技术中心以及德克萨斯州拉伯克的规模化风电场技术(SWiFT)设施进行的一轮和两轮机研究为FLORIS的更新做出了贡献。商业海上设施的另一台单涡轮机试验提供了关于最佳配置的更多见解。

负责实验室风电场控制研究的NREL高级工程师Paul Fleming说：“采用这种方法不乏兴趣。” “但是在我们看到大规模采用控制措施之前，行业需要先在现实环境中进行现场试验。”

为了填补这一空白，Fleming及其同事最近设计了一项研究，以使风电厂控制研究更加清晰。在为期3个月的野外研究中，研究小组在Peetz风能中心的子区域中安装了一系列传感设备，包括地面激光雷达，气象塔和两个声雷达。

“我们的实验装置使用特定的仪器来收集其他数据点，这大大提高了我们分析模拟预测的准确性的能力，”弗莱明说。

NREL现在已经发布了第四代FLORIS软件，该软件具有更高的准确性和可用性。该版本包括流动物理学的另一种表示形式，它结合了对尾流转向空气动力学的理解的进步。NREL软件工程师还介绍了一种模块化方法，该方法可以快速添加功能，还可以使用经过重新设计的界面，使研究人员可以更好地控制仿真。

弗莱明和同事在风能科学杂志“风能科学”(Wind Energy Science)上发表了他们来自现场试验的研究结果的第1部分。作者确定了几个需要改进的方面，例如动态控制器设计的改进，时间过滤和不确定性量化。但是，他们报告说，控制器根据FLORIS的预测成功地增加了下游涡轮机的能量捕获。

“鉴于典型的300兆瓦(MW)风力发电厂的2%的收益每年可带来100万美元的额外利润，因此，该行业对实施优化控制表示出广泛的兴趣也就不足为奇了，”弗莱明说。