一项新的研究发表在杂志上能量回顾了策略用来估计功率损耗在涡轮机由暴露在不良天气条件造成的。
研究:审查权力的估计损失由于风力涡轮机的糖衣。图片来源:TebNad / Shutterstock.com
风力涡轮机是一种重要的可再生能源技术,帮助世界进步超越依赖化石燃料的电力需求。然而,风力发电机的性能受不利天气条件的影响。
利用风力发电在寒冷的气候
气候较冷的地区包括北欧国家风力发电潜力高,大量的这种自然,可再生资源在冬季当风更强,和空气密度较高。这是由于不同的可用的风力和风速之间的关系。
基于CFD结冰模型图。图片来源:孔特雷拉斯M et al .,能量
国际风能技术协作任务19估计2020年气候较冷的地区的风力发电能力达到156千瓦,到2025年这个数字预计将达到224千瓦。然而,有问题与涡轮叶片性能在低温。
冰导致风力涡轮叶片的空气动力特性的变化,比如他们的升力和阻力系数。因此,涡轮的性能和输出功率下降,或冰完全可以阻止发电机工作。此外,冰在涡轮叶片的重量会导致负载的增加,导致运动性疲劳的组件和安全问题引起的冰被逐出移动刀片。
年度业绩损失结冰的影响估计年发电量的20%,20%和50%之间的空气动力学性能。理解预测性能损失在寒冷的冬天和结冰事件有助于最大化涡轮机的能源生产这些天气条件。
理解结冰现象
结冰现象是复杂的,取决于多种因素,如风速、叶片的攻角,叶片几何、水滴大小、空气温度、压力、湿度、操作,等等。加上缺乏模拟,准确预测结冰事件、现象的理解有限。许多模型,例如,预测霜冰的形成在涡轮叶片,用很少的准确预测釉冰的形成。
此外,多个模型冰吸积有集中在两个维度,例如,叶片的翼型。然而,许多风力涡轮叶片的几何在使用中今天是复杂和扭曲,通常由许多部分形式。三维模拟更适合这种几何。此外,模拟比努力尝试和错误的便宜,可以无休止地执行和复制。
叶片元素的图。图片来源:孔特雷拉斯M et al .,能量
此外,糖衣不仅影响叶片:它也影响到风力涡轮机的许多组件各种3 d效果。这些包括气流的影响以及造成的径向叶片的旋转。复杂的流固相互作用和复杂流动模式发生。
三维数值模拟结冰的风力涡轮机叶片是一个复杂的过程。参数如水滴大小和行为,气流模拟冰形预测,冰表面的热力学,需要包含在模拟边界层特征。在当前的技术,一些著名的例子是TURBICE, LEWICE, FENSAP-ICE, Makkonen经验调整是基于柱面模型。
这篇论文
该论文发表在《能量专注于最先进的数值模型计算流体动力学(CFD)等在结冰条件下风力发电机功率损耗估计。此外,数值模型称为叶片元素动力(BEM)是涡轮的气动分析证明。知识建模指南中提供的结冰现象研究和论文检查可用数值量化的技术在结冰条件下涡轮功率损耗。
CFD-BEM图方法。图片来源:孔特雷拉斯M et al .,能量
方法使用在过去的15年里估计功率损耗在不利的气象条件进行了综述研究。另外,简要回顾深度学习等其他方法,图像分析,给出了预测模型的研究。作者指出,本文有助于改善功率损耗预测和可用于提高冰保护系统。
功率损耗的研究发现观察一旦结冰条件下发生,每年产量损失依赖等因素持续时间、强度和频率的糖衣事件。完整的CFD和CFD-BEM方法估计功率损耗在8%和30%之间。差异观察与假设作者声明可以在CFD-BEM方法,突出的重要性,考虑到复杂的三维气流在冰翼。
作者发现问题完整的CFD方法,特别是高计算成本。另一个问题是缺乏实际数据的糖衣事件使模型难以验证的准确性。此外,累积冰的类型是一个因素影响仿真的过程。此外,大多数模拟进行固定或似稳定的状态,并不反映现实世界的情况。这些只是几个例子的研究中确定的问题。
尽管挑战识别,应用CFD模拟取得的进展在结冰事件模型功率和性能损失。作者表示,进一步的工作需要进行模拟整个发电机,利用瞬态方法预测冰增长和整体性能问题。这将影响整个涡轮的增进了解。
进一步的阅读
孔特雷拉斯蒙托亚,L。T,躺,S & Ilinica (2022)审查权力的估计损失由于风力涡轮机的糖衣(在线)能量(3)1083 | mdpi.com。可以在:https://www.mdpi.com/1996-1073/15/3/1083
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