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风剖面提高风轮机发电量

作者: 来源:麻省理工《科技创业》 发布时间:2012-01-20 浏览:
 中国储能网讯:
    风力涡轮机可以产生不同的发电量,原因是不同“剖面形状”的风。来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室 
 
    观察稳定的大气,风电场运营商可以更深入地了解任何给定时间的发电量。
 
    风力涡轮机发电,在很大程度上取决于风速。在风电场,涡轮机会遇到相同的风速,但不同形状如湍流状的风廓线(wind profile),会产生不同的发电量。
 
    这种多变的发电来是可以预测的,只需观察大气的稳定性,持这种看法的人,有劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的科学家索尼娅•沃顿(Sonia Wharton)和他的同事朱利•朗魁斯特(Julie Lundquist),他的同事是在科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado at Boulder)和国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)。
 
    有一篇论文,发表在1月12日一期的《环境研究快报》(Environmental Research Letters)杂志上,沃顿和朗魁斯特考察了涡轮机发电数据,根据不同的大气稳定性,计算出西海岸(West Coast)风力发电场的发电性能。
 
    “发电依靠稳定性,这是明鲜的,不论时段分隔否是采用三维湍流(three-dimensional turbulence)、湍流强度(turbulence intensity)或风切变(wind shear),都是这样,”沃顿说。
 
    研究小组发现,在设定的风速,发电量较高的是在稳定条件下,较低的是在强烈不稳定的条件下,这是指在同一位置。平均而言,风电功率输出的差异高达15%,少发这么多风电,是因为大气不稳定。
 
    湍流风是一个比较常见的名词,用于评估风轮机的效率,而风切变乱流是指不同的风速和风向,出现于相对短距离的大气中,乱流风也起着重要的作用,用于评估涡轮机可以发多少电,这是指在一定的时间尺度。
 
    沃顿和朗魁斯特说,风电场运营商可以更好地估计发电量,因为风力预测包括大气稳定性影响的测量。
 
    虽然早期的研究也考察过大气稳定性如何影响输出功率,但是,很少有研究分析现代涡轮机的输出功率,这种涡轮机的轮毂高度超过60米。
 
    在新的研究中,沃顿和朗魁斯特收集了一年的电力数据,是采自上风现代涡轮机(80米高),就在西海岸的一个多兆瓦风力发电场。他们认为,涡轮机发电信息和气象数据,都是来自80米高的塔柱,声波探测和测距器(SODAR:Sonic Detection and Ranging)提供的风廓线,可达到地面以上200米,可以考察湍流风及风切变。考察上风涡轮机,可以消除涡轮机尾流(turbine wakes)的任何影响,因为可能会影响发电性能。
 
    该研究小组发现,风速和电力生产的变化,原因在于季节性,以及昼夜的区别。风速更高(发电更多)的是在夜间,而不是在白天(发电较少),而且更高的是在温暖的季节(发电更多),而不是在凉爽的季节(发电较少)。例如,平均风电生产中,43%的最大发电容量是在夏天,达到67%的顶峰,是在夏天的夜晚。
 
    “我们发现,风力涡轮机在春季和夏季,会遇到稳定、近中性和不稳定的情况,”沃顿说。 “但是,白天几乎总是不稳定或中性的,而晚上会非常稳定。”
 
    朗魁斯特说:“这项工作突出表明,有益的是观测完整剖面的风速和湍流风,要针对整个涡轮机转子盘,要做到这一点,往往只能采用遥感技术,比如声波探测和测距器或激光雷达,就是激光探测和测距器(LIDAR:Laser Detection and Ranging)。风能资源评估及功率预测会受益,因为这有更高的精确度。”
 
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关键字:风电 智能电网

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