Vindkraft till havs har blivit en allt mer lovande källa för förnybar energi. Mycket om de aerodynamiska effekterna av större vindkraftsparker, dock, förblir dåligt förstådd. Nytt arbete denna vecka Journal of Renewable and Sustainable Energy ser ut att ge mer insikt i hur de strukturer som krävs för vindkraftsparker påverkar luftflödet.

Forskare från Cranfield University och University of Oxford presenterar en teoretisk modell för att uppskatta de aerodynamiska effekterna av vindkraftstorn på vindkraftsparkers prestanda. Genom att använda det som kallas en tvåskalig kopplad momentumbalansmetod, gruppen kunde teoretiskt och beräkningsmässigt rekonstruera förhållanden som stora vindkraftsparker kan möta i framtiden, inklusive den dämpande effekten som kommer med avstånd turbiner nära varandra.

En nyckelfunktion i tidningen, sa författaren Lun Ma, är att den här senaste uppdateringen av deras modell ser bortom en vindkrafts rotor.

"I det här pappret, vi har nyligen tagit hänsyn till inverkan av vindkraftstorn som fungerar som stödstrukturer, som ignorerades i den ursprungliga tvåskaliga momentummodellen, " sa mamma. "Därför, väsentligen, den nya modellen hjälper oss att förstå den potentiella påverkan av vindkraftverksstödstrukturer på blockeringseffekten för vindkraftsparken."

Även expansiva vindkraftsparker till havs har en blockeringseffekt, där vinden avtar när den närmar sig turbiner, samt en väckningseffekt, där turbiner saktar ner när de passerar dem.

Att precis förutsäga sådana egenskaper hos en vindkraftspark innan man bygger den, dock, är fortfarande en stor utmaning för branschen.

För att komma till denna fråga, forskarna vände sig till tvåskalig momentummodellering som simulerar hur verkningsgraden för enskilda vindkraftverk minskar när fler är placerade tätt intill varandra i en vindkraftspark när de betraktas i ett ideal, oändligt stor vindkraftspark.

"Denna effektivitetsminskning som förutspås av den tvåskaliga momentummodellen är nära relaterad till blockeringseffekten för vindkraftsparken, sa mamma. "Men, den ursprungliga tvåskaliga momentummodellen var en mycket förenklad modell och behövde ytterligare förbättringar för praktiska tillämpningar."

Gruppen kombinerade momentumbalansekvationen med ett annat tillvägagångssätt, kallad manöverskivateori, som låter dem inkludera andra faktorer, såsom påverkan av turbinstödstrukturer. Tillvägagångssättet gjorde det möjligt för dem att börja överväga mer praktiska scenarier, som vindkraftsparker som har en ändlig storlek.

De genomförde sedan simuleringar med hjälp av beräkningsvätskedynamik för att verifiera att sådana strukturer bidrar till blockeringseffekten, särskilt genom motståndet mot vinden som de producerar.

Ma sa att gruppen kommer att försöka bättre förstå hur blockeringseffekten förändras med väderförhållandena.