風(fēng)電機(jī)組尺寸對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)生產(chǎn)十分重要，具有更長(zhǎng)葉片和更高塔架的機(jī)組通?？梢圆东@到更大更強(qiáng)的風(fēng)能用來(lái)發(fā)電。然而，風(fēng)電機(jī)組的尺寸只是成功風(fēng)電場(chǎng)的一個(gè)重要特征，風(fēng)場(chǎng)的選址和風(fēng)電機(jī)組排布方案也很關(guān)鍵。根據(jù)加州大學(xué)圣巴巴拉分校研究人員的說(shuō)法，風(fēng)電機(jī)組很少能夠“與其他機(jī)配合的很好”。
加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校機(jī)械工程教授Paolo Luzzatto-Fegiz說(shuō)：“我們一直以來(lái)都在單獨(dú)設(shè)計(jì)我們要使用的風(fēng)電機(jī)組，但我們幾乎不從來(lái)沒(méi)有單獨(dú)使用過(guò)它們?！币欢螘r(shí)間以來(lái)，開發(fā)人員已經(jīng)意識(shí)到風(fēng)電機(jī)組間距和風(fēng)電場(chǎng)整體布局的優(yōu)化可以降低尾流效應(yīng)對(duì)項(xiàng)目效率和發(fā)電量的影響效果。這意味著前排風(fēng)電機(jī)組對(duì)風(fēng)速的影響將會(huì)影響并減少來(lái)流風(fēng)速對(duì)后排機(jī)組的影響，進(jìn)而降低后排機(jī)組的發(fā)電量。
本質(zhì)上，當(dāng)風(fēng)速經(jīng)過(guò)第一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組后，收到阻力影響，使得下游風(fēng)速降低。結(jié)果是由于流經(jīng)后排風(fēng)機(jī)的風(fēng)力較弱，使得現(xiàn)場(chǎng)的很多風(fēng)機(jī)只能在減少的容量下工作。換句話說(shuō)，在現(xiàn)場(chǎng)增加更多的風(fēng)電機(jī)組可能會(huì)導(dǎo)致更大的尾流損失和更少的發(fā)電量。
Luzzatto-Fegiz和他的英國(guó)劍橋大學(xué)的合作者Colm-cille P. Caulfield表示，關(guān)鍵是要讓所有風(fēng)電機(jī)組都能夠接收到高速的來(lái)流——比如前排風(fēng)機(jī)感受到的來(lái)流，而非中間機(jī)組感受到的來(lái)流。然而，這種思路說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。研究發(fā)現(xiàn)，即使借助數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)的最佳布局也是很困難的。
賓州州立大學(xué)貝倫德學(xué)院和大不里士大學(xué)（伊朗）的研究人員接受了這一挑戰(zhàn)，并一直致力于通過(guò)基于生物地理學(xué)優(yōu)化的算法改進(jìn)風(fēng)場(chǎng)選址。該方法著眼于自然，以及動(dòng)物如何自然地分配自己，以充分利用其環(huán)境來(lái)滿足其需求。Phys.org在該研究中指出：“通過(guò)從動(dòng)物行為創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型，研究人員可以在其他情景中計(jì)算物體的最佳分布，例如風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組?！?/p>
生物地理學(xué)優(yōu)化算法可能聽起來(lái)靈活性很高，但據(jù)研究人員稱，該方法可以最大限度地減少計(jì)算量并獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。它們還包含其他變量，“包括真實(shí)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，表面的粗糙度（影響風(fēng)功率密度），以及每個(gè)風(fēng)電機(jī)組接收的風(fēng)能。”此外，通過(guò)使用氣象數(shù)據(jù)和制造商的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這些算法還可以進(jìn)一步增強(qiáng)。
國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的報(bào)告指出，風(fēng)電場(chǎng)的尾流已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以最長(zhǎng)延伸到25英里（約40公里）。更重要的是，美國(guó)近幾乎90％的風(fēng)電場(chǎng)（2016年）距離另一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都不到25英里，這意味著所有這些風(fēng)電場(chǎng)都可能會(huì)收到其他風(fēng)場(chǎng)尾流效應(yīng)的影響。
有趣的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)最大的尾流效應(yīng)發(fā)生在特定風(fēng)向和夜間溫度降低時(shí)。該研究使用大氣模擬，證明風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)實(shí)際上是可測(cè)量和可預(yù)測(cè)的。還有一個(gè)好消息，就是對(duì)于本研究中模擬的風(fēng)電場(chǎng)，最嚴(yán)重的尾流效應(yīng)僅發(fā)生不到4％的時(shí)間里。這表明通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治龊瓦x址可以預(yù)測(cè)并管理尾流損失。
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