30653

مدل سازي و شبيه سازي اثر ويك به وسيله ي مدل هاي نوين در طراحي مزارع بادي

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي انرژي-گرايش محيط زيست

1399

1402/10/26

دكتر ابوالفضل احمدي

فناوري هاي نوين

در سال‌هاي اخير، تمايل زياد به انرژي هاي پاك و تجديدپذير منجر به پيشرفت‌هاي چشمگيري در زمينه فناوري‌هاي انرژي خورشيدي، بادي و هسته‌اي شده است. از آنجايي كه مكان هر توربين بادي به طور قابل توجهي بر توليد برق كل تأثير مي گذارد، بهينه سازي چينش توربين هاي بادي در مزرعه ي بادي توجه روزافزوني را از سوي دانشگاه و صنعت به خود جلب كرده است. هدف اصلي در طراحي مزرعه بادي به حداكثر رساندن بازده انرژي و كاهش تلفات است. بيشترين تلفات را تلفات ويك مي نامند كه ناشي از تداخل متقابل بين توربين هاي بادي است. در بسياري از مطالعات گذشته براي مدل سازي اثر ويك از مدل ينسن استفاده شده است. در اين مطالعه علاوه بر مدل ويك ينسن، از سه مدل پيشبيني اثر ويك ديگر 1- مدل Ainslie، 2-مدلLarsen و 3-مدل Lissaman در بهينه سازي چينش توربين ها در مزارع بادي با استفاده از الگوريتم ژنتيك استفاده مي گردد. تابع هدف بصورت هزينه ي عملياتي تقسيم بر انرژي توليدي تعريف شده است. همچنين با استفاده از مدل هاي پيشبيني اثر ويك ذكر شده اثر تغيير ارتفاع هاب، تغيير تعداد توربين ها و تغيير نوع توربين (تغيير شعاع روتور) بر نحوه ي چينش مزارع بادي و توان توليدي و راندمان بررسي مي گردد. در انتها تلاش مي شود تا بوسيله ي روش پيشنهاد شده در اين پژوهش مزرعه ي بادي والفجر منجيل شبيه سازي شود كه ميزان توان توليدي با مقدار ذكر شده در مطالعات ديگر تفاوت اندكي دارد. اين پژوهش نشان مي‌دهد بيشترين مقدار توان در صورت استفاده از مدل ويك ينسن در تمامي حالت ها استحصال مي‌شود. تغيير ارتفاع هاب از 87 متر به 137 متر باعث كاهش ميزان توان توليدي و بازده در صورت درنظر گرفتن هر يك از مدل هاي پيشبيني ويك مي گردد. تغيير نوع توربين از V126-3.45 MW به V136-3.45 MW نيز باعث كاهش بازده و افزايش توان توليدي مي گردد كه افزايش توان توليدي ريشه در مقدار بزرگتر مساحت جاروب در صورت در نظر گرفتن توربين V136-3.45 MW دارد. افزايش تعداد توربين ها از 15 به 25 عدد نيز باعث افزايش توان توليدي و كاهش ميزان بازده در صورت در نظر گرفتن هر يك از 4 مدل پيشبيني ويك مي گردد كه كاهش بازده ريشه در نزديك شدن بيشتر توربين ها به يكديگر و افزايش اثر ويك دارد. همچنين تلاش شده است با روش ذكر شده مزرعه ي بادي والفجر منجيل شبيه سازي شود كه در صورت استفاده از مدل ويك ينسن مقدار توان استحصال شده برابر 7652 كيلوات مي باشد كه به مقداير ذكر شده در منابع ديگر بسيار نزديك است.

1403/01/18

Modeling and simulation of the wake effect by means of new models in the design of wind farms

1/15/2025 12:00:00 AM

In recent years, the great desire for clean and renewable energy has led to significant advances in solar, wind and nuclear energy technologies. Since the location of each wind turbine significantly affects the total electricity production, the optimization of the arrangement of wind turbines in the wind farm has attracted increasing attention from academia and industry. The main goal in wind farm design is to maximize energy efficiency and reduce losses. The biggest losses are called wake losses, which are caused by mutual interference between wind turbines. Jensen's model has been used in many past studies to model the wake effect. In this study, in addition to the Jensen model, three other wake effect prediction models, 1-Ainslie model, 2-Larsen model, and 3-Lissaman model are used to optimize the arrangement of turbines in wind farms using genetic algorithm. Also, by using the prediction models of the mentioned wake effect, the effect of changing the height of the hub, changing the number of turbines and changing the type of turbine (changing the radius of the rotor) on the arrangement of wind farms and the production power and efficiency is investigated. In the end, an attempt is made to simulate the wind farm of Walfajr Manjil using the method proposed in this research, the amount of production power is slightly different from the amount mentioned in other studies. This research shows that the maximum amount of power is obtained in all modes if Jensen's model is used. Changing the height of the hub from 87 meters to 137 meters will reduce the amount of production power and efficiency if any of Wake's prediction models are considered. Changing the type of turbine from V126-3.45 MW to V136-3.45 MW also reduces the efficiency and increases the production power, which increases the production power is rooted in the larger sweeper area if considering the V136-3.45 MW turbine. Increasing the number of turbines from 15 to 25 also increases the production power and reduces the efficiency if any of the 4 wake prediction models are considered, which results in the decrease in efficiency due to the turbines getting closer to each other and increasing the wake effect. It has also been tried to simulate the Walfajr Manjil wind farm with the mentioned method, and if Jensen's model is used, the amount of extracted power is equal to 7652 kilowatts, which is very close to the values mentioned in other sources.

مدل ويك ينسن , مدل ويك Larsen , مدل ويك Ainslie , مدل ويك Lissaman , الگوريتم ژنتيك , جايابي بهينه ي توربين ها , مزرعه ي بادي والفجر منجيل

Jensen model , Larsen model , Ainslie model , Lissaman model , genetic algorithm , optimal placement of turbines , Walfajr Manjil wind farm , Wake

Paria sadat Khalil nasab

Dr. Abolfazl Ahmadi