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使用超级计算机研究如何实现更大的风力发电容量

来源:广州启灏机电工程有限公司发布时间:2022-09-03 17:18阅读:原标题:使用超级计算机研究如何实现更大的风力发电容量

2019年全球风电激增,但可持续吗?全球超过340,000台风力涡轮机产生了超过591吉瓦的电力。在美国,风力发电为3200万户家庭供电,并维持了500家美国工厂。此外,得益于美国和中国蓬勃发展的海上和陆上项目,2019年风电增长了19%。

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“这项研究是第一份详细的研究,旨在为风能如何从目前美国电力供应的7%扩展到美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)概述的到2030年实现20%的目标发展提供方案。 )。”该研究的合著者,康奈尔大学地球与大气研究系教授Sara C. Pryor说。普赖尔(Pryor)和合著者在2020年2月的《自然科学报告》上发表了风力发电研究。

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康奈尔大学(Cornell)的研究调查了在不使用额外土地的情况下如何实现风力涡轮机装机容量扩展的合理情况。他们的结果表明,美国在不改变整个系统效率的前提下,可以将装机容量提高一倍甚至四倍。而且,额外的容量对当地的气候影响很小。这部分是通过部署下一代大型风力发电机来实现的。

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这项研究着眼于潜在的陷阱,即在给定区域添加更多的涡轮机是否会降低其发电量甚至破坏当地的气候,这种现象是由“风力涡轮机尾流”引起的。就像摩托艇后面的水流一样,风力涡轮机会产生一股缓慢,断断续续的空气,最终散布并恢复其动量。普赖尔说:“这种影响已经受到业界广泛的建模多年,并且建模仍然是一个高度复杂的动力。”

研究人员使用由国家大气研究中心开发的广泛使用的天气研究预测(WRF)模型进行了模拟。他们在美国东部地区应用了该模型,而美国东部是目前全国风能容量的一半。普赖尔说:“然后我们找到了在美国东部运行的所有18,200台风力涡轮机的位置以及它们的涡轮机类型。”她补充说,这些位置来自2014年NREL研究发表时的数据。

“对于该地区的每台风力涡轮机,我们都确定了它们的物理尺寸(高度),功率和推力曲线,以便在每个10分钟的仿真期间,我们可以在WRF中使用风电场参数化来计算每台涡轮机将产生多少功率以及唤醒的范围有多大,”她说。功率和尾流都是冲击涡轮的风速以及当地近地表气候影响的函数。他们以4 km x 4 km的网格分辨率进行了模拟,以提供详细的本地信息。

作者之所以选择两组模拟年份,是因为由于自然气候的变化,风资源每年都在变化。普赖尔说:“我们的模拟是在风速较高(2008年)和风速较低(2015/16年)的一年中进行的,”由于厄尔尼诺-南方涛动的气候年际变化。普赖尔说:“在过去的两年中,我们都是在没有风力涡轮机存在/不起作用的情况下对一个基本案例进行了模拟,因此我们可以以此为参考来描述风力涡轮机对当地气候的影响。”

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