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La production d'énergie éolienne en mer est devenue une source d'énergie renouvelable de plus en plus prometteuse. Une grande partie des effets aérodynamiques des grands parcs éoliens, cependant, reste mal compris. Nouveau travail dans cette semaine Journal de l'énergie renouvelable et durable cherche à mieux comprendre comment les structures nécessaires aux parcs éoliens affectent le flux d'air.
Des scientifiques de l'Université de Cranfield et de l'Université d'Oxford présentent un modèle théorique pour estimer les effets aérodynamiques des tours d'éoliennes sur les performances des parcs éoliens. En utilisant ce qu'on appelle une méthode d'équilibre de quantité de mouvement couplée à deux échelles, le groupe a pu reconstruire théoriquement et informatiquement les conditions auxquelles les grands parcs éoliens pourraient être confrontés à l'avenir, y compris l'effet d'amortissement qui vient avec des turbines d'espacement proches les unes des autres.
Une caractéristique clé du papier, a déclaré l'auteur Lun Ma, est que cette mise à jour la plus récente de leur modèle va au-delà du rotor d'une éolienne.
"Dans ce document, nous avons nouvellement pris en compte l'influence des tours d'éoliennes qui servent de structures de support, qui a été ignoré dans le modèle original de quantité de mouvement à deux échelles, " Ma dit. " Par conséquent, essentiellement, le nouveau modèle nous aide à comprendre l'impact potentiel des structures de support des éoliennes sur l'effet de blocage des parcs éoliens."
Même les grands parcs éoliens offshore sont confrontés à un effet de blocage, dans lequel le vent ralentit à l'approche des turbines, ainsi qu'un effet de sillage, dans lequel les turbines ralentissent le vent lorsqu'il passe à côté d'elles.
En utilisant une méthode d'équilibre de quantité de mouvement couplée à deux échelles, les chercheurs ont reconstruit théoriquement et informatiquement les conditions auxquelles les grands parcs éoliens pourraient être confrontés à l'avenir, y compris l'effet d'amortissement qui vient avec des turbines d'espacement proches les unes des autres. Maille transversale pour le disque de rotor (rouge), tour (jaune) et ses environs (bleu clair) Crédit :Lun Ma
Prédire avec précision de telles caractéristiques d'un parc éolien avant de le construire, cependant, reste un défi majeur pour l'industrie.
Pour arriver à cette question, les chercheurs se sont tournés vers la modélisation de la quantité de mouvement à deux échelles qui simule la façon dont l'efficacité des éoliennes individuelles diminue à mesure que davantage sont rapprochées les unes des autres dans un parc éolien lorsqu'elles sont considérées dans un idéal, parc éolien infiniment grand.
"Cette réduction d'efficacité prédite par le modèle dynamique à deux échelles est étroitement liée à l'effet de blocage du parc éolien, " Ma dit. " Cependant, le modèle original de quantité de mouvement à deux échelles était un modèle très simplifié et nécessitait d'autres améliorations pour des applications pratiques."
Le groupe a combiné l'équation d'équilibre de quantité de mouvement avec une autre approche, appelée théorie du disque actionneur, qui leur permettent d'inclure d'autres facteurs, comme l'impact des structures de support des turbines. L'approche leur a permis de commencer à envisager des scénarios plus pratiques, comme les parcs éoliens de taille finie.
Ils ont ensuite effectué des simulations utilisant la dynamique des fluides numérique pour vérifier que de telles structures contribuent à l'effet de blocage, notamment par la traînée de vent qu'elles produisent.
Ma a déclaré que le groupe chercherait à mieux comprendre comment l'effet de blocage change avec les conditions météorologiques.
