利用超级计算机研究如何获得更大的风力发电能

更新时间:2020-05-07 16:52点击:

搜狗网:2019年全球中国风力发电网繁荣,但它是可持续的吗?全球有超过340,000台台风驱动的涡轮机产生591千兆瓦的电力。在美国,风电向3200万家庭供电,并维持500个美国车间。此外,得益于美国和中国蓬勃发展的海上和陆上项目,2019年风力发电增长了19%。

“这项研究是美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)针对风力发电如何在2030年前从目前占美国电力供应的7%扩大到20%提出的20%增长计划的第一项具体研究。”该研究的合著者、康奈尔大学地球与大气研究系教授萨拉普赖尔说。2020年2月,普赖尔和他的合著者在《天然科学讲述》发表了风力发电研究。

康奈尔大学的研究询问如何在不使用额外磁盘的情况下实现扩大风力涡轮机装机容量的合理环境。他们的报告显示,在不改变整个系统效率的情况下,美国可以将其装机容量增加一倍甚至四倍。此外,额外的容量对当地天气影响很小。这个部门是通过安排下一代大规模风能来实现的。

这项研究集中在一个潜在的陷阱上,即在一个给定的区域增加更多的涡轮机是否会减少其发电量,甚至会破坏当地的天气,这种现象是由“风力涡轮机尾流”引起的。就像摩托艇后面的气流是正常的一样,风力涡轮机会产生一种缓慢、间歇的空气,最终扩散并恢复其动量。普赖尔说:“这种影响已经在行业中广泛模拟了很多年,而模拟仍然是一种高度复杂的力量。”

研究人员使用了由国家大气研究中心开发的广泛使用的天气研究展望(WRF)模型来进行模拟。他们在美国东部应用了这一模型,该地区目前的风力发电能力是全国的一半。“然后我们找到了在美国东部运行的所有18200个风力涡轮机的位置和它们的涡轮机类型,”普赖尔说。她补充说,这些职位是基于2014年NREL研究的数据。

“对于该地区的每个风力涡轮机,我们已经确定了它们的物理尺寸(高度)、功率和推力曲线,因此在每个10分钟的模拟时代,我们可以使用WRF的风力发电机参数化来比较每个涡轮机的几何功率和唤醒限制,”她说。功率和尾流都是影响涡轮机的风速和当地近地面天气影响的函数。他们用4公里4公里的网格分辨率进行模拟,以提供特定的当地信息。

作者选择两组模拟年的原因是,由于自然天气的变化,风资源每年都在变化。普赖尔说:“我们的模拟是在高风速(2008年)和低风速(2015/16年)的一年中进行的,”因为厄尔尼诺-南方涛动的天气存在年际变化。普赖尔说:“在过去的两年里,我们模拟了一个没有风力涡轮机存在或影响的基本情况,所以我们可以用这个作为参考来描述风力涡轮机对当地天气的影响。”

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