• Título: Engineering models Enhancement for wind farm Wake simulation and Optimization
• Autor: Ramírez Castillo, Santiago Andrés
• Publicación original: 2018
• Descripción física: PDF
• Nota general:
  • Colombia
• Notas de reproducción original: Digitalización realizada por la Biblioteca Virtual del Banco de la República (Colombia)
• Notas:
  • Resumen: The wake of a single wind turbine is by itself a complex flow field, but for a wind farm analysis the interactions of the wakes of all the rotors must be accounted as well. Control methods should investigate the different alternatives for improving the power production of the whole farm, mainly, by manipulating the properties of the interaction medium, the wakes. FLOw Redirection and Induction in Steady State - FLORIS is a useful and reliable software that uses engineering models for comprehending the behavior of a multiple wind turbine wakes flow field. Although it is already trustful for the calculation of these flows, it can still be enhanced to improve and add new capabilities, paying attention to not increasing indiscriminately its complexity. In the present work adjustments to the logic of the program and some of its components are proposed for improving the capacities of the software. The basic knowledge about the wind farm control methods and the general characteristics that should be covered by the wake submodels are explained. Additionally, FLORIS is reviewed in detail, including a comparison between both versions of the software: the one written in Python and FLORISSE M written in MATLAB. For this a 2x1 wind farm with DTU 10MW turbines was used. The integrated optimization algorithm is explained and then augmented for optimizing additional variables of interest like the tilt angle and the hub height. The result of simple and combined optimizations for a 2x1-DTU 10MW farm are also presented. The principal existing issues found on the online available version of the software are the complexity of the input LUT for the yaw control method and the wrong consideration of the tilt rotations. This thesis proposes two different routines for determining the values of pP and pT, for enabling the use of simpler inputs. Additionally, adjustments to the Jimenez and Zones models are implemented for a correct tilt consideration, achieving the same wake behavior vertically and horizontally. The most significant contribution is to the power distribution, by the proper consideration of the sign of the thrust angle. The qualitative corrections are compared with experimental data found for a 3x1 power plant with TUM G1 turbines for evaluating their effectiveness. The new version of FLORIS will allow a more reliable consideration of the effects of the wakes over the downwind turbines, and with this, more accurate online control systems that include the program may be developed. Initial wind farm layout design and considerations are also benefited from additional variables optimization. Resumen: La estela de una sola turbina eólica ya es de por sí un campo de velocidades complejo, pero para el análisis de un parque eólico las interacciones de las estelas de todos los rotores deben ser también consideradas. Los métodos de control deberían investigar las diferentes alternativas para aumentar la producción de potencia todo el parque, principalmente, manipulando las propiedades del medio de interacción, las estelas. FLOw Redirection and Induction in Steady State – FLORIS (Redirección e inducción de flujo en estado estacionario – FLORIS) es un software confiable y útil que usa modelos ingenieriles para comprender el comportamiento de un campo de velocidades compuesto de múltiples estelas de turbinas eólicas. Aunque es ya de confianza para los cálculos de dichos flujos, puede todavía mejorar para incrementar y agregar nuevas capacidades, prestando atención a no aumentar indiscriminadamente su complejidad. En este trabajo se proponen ajustes en la lógica del programa y en algunos de sus componentes para optimizar el software. Se explica el conocimiento básico acerca de los métodos de control de parques eólicos junto con las características generales que los submodelos de estela deberían cubrir. Adicionalmente, FLORIS es visto en detalle, incluyendo una comparación entre las dos versiones disponibles: una escrita en Python y FLORISSE M escrita en MATLAB. Para esto se uso un parque eólico 2x1 con turbinas DTU 10W. El algoritmo de optimización integrado se explica y después se adapta para la optimización de variables de interés adicionales, tales como el ángulo de inclinación y la altura de la torre. Asimismo, se presentan resultados de optimizaciones simples y combinadas para un parque 2x1-DTU 10MW. Los principales problemas existentes encontrados en la versión disponible online son la complejidad de las LUT input para el método de control de yaw y la errónea consideración de las rotaciones de inclinación. Esta tesis propone dos rutinas distintas para determinar los valores de pP y pT para poder usar inputs más simples. Adicionalmente, ajustes a los modelos de Jimenez y Zones son implementados para la correcta consideración de la inclinación, alcanzando comportamiento vertical y horizontal equivalente de la estela. La contribución más significativa es a la distribución de potencia, al considerar correctamente el signo del ángulo de empuje. Las correcciones cualitativas son comparadas con datos experimentales, encontrados para una planta de poder 3x1 con turbinas TUM G1, para evaluar su efectividad. La nueva versión de FLORIS permitirá una consideración más confiable de los efectos de las estelas sobre las turbinas aguas abajo, y con esto, sistemas de control online más precisos que incluyan este programa podrán ser desarrollados. Las consideraciones y el diseño de la distribución iniciales de un parque eólico se verán también beneficiadas de las variables de optimización adicionales.
  • © Derechos reservados del autor
  • Colfuturo
• Forma/género: tesis
• Idioma: castellano
• Institución origen: Biblioteca Virtual del Banco de la República
• Encabezamiento de materia:
  • Wind farm; Wind energy; Engineering models; Wake; Optimization; FLORIS; Parque eólico; Energía eólica; Modelos ingenieriles; Estela; Optimización
  • Tecnología; Tecnología / Ingeniería y operaciones afines; Tecnología / Ingeniería y operaciones afines / Otras ramas de la ingeniería

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