【Applied Energy最新原創論文】WindFLO:風電場快速分析優化模型

2021-02-26 AEii國際應用能源

原文信息:

Wind Farm Layout Optimization (WindFLO): An advanced framework for fast wind farm analysis and optimization

原文連結:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261920306024

Highlights

A parallel framework for wind farm optimization is developed using six wake models.

Framework accounts for terrain elevation and wake-terrain interaction.

Four turbine specific cost models are developed.

Wind farm area model is developed as the area of convex hull.

Optimization of a realistic wind farm is performed for maximum power generation

此研究開發了WindFLO框架來加速風電場的設計。該框架考慮了地貌起伏和環境風速。WindFLO模型經風洞實驗數據校驗相對誤差低於1%。同時作者也開發了一個基於250個不同風力發電機的與渦輪轉子直徑和高度相關的成本模型。另外還用凸包發放開發了一個土地使用模型。該框架被用來優化了一個風電場的布局以最大化全年發電量。作者用了單目標混合優化器來解該非線性優化問題。通過對風電場布局以及渦輪(轉子直徑和塔高)的優化,該模型提高了全年發電量,降低了成本並減少了土地使用面積。此外,作者將WindFLO開源以促進風電場優化的d研究進展。

更多關於「wind farm optimization」的文章請見:https://www.sciencedirect.com/search?qs=wind%20farm%20optimization&pub=Applied%20Energy&cid=271429

Abstract

A new framework for Wind Farm Layout Optimization (WindFLO) is developed to accelerate the design of wind farms. The framework provides a large set of analytical wake models and wake superposition schemes. It is able to take into account terrain elevation and the ambient wind velocity profile. The schemes in the WindFLO model were validated against experimental data from a wind tunnel to within 1% relative error. A turbine rotor diameter and height dependent cost model was also developed using data from 250 different wind turbines. A land usage model was also developed using the convex hull approach. The framework was used to optimize a windfarm layout for maximum annual energy production using real wind farm terrain and conditions. The nonlinear optimization problem was solved using a robust Single-Objective Hybrid Optimizer. The wind farm layout and wind turbine (rotor diameter and tower height) were optimized and resulted in increased annual energy production, reduced cost, and reduced land usage. The WindFLO framework is made publicly available to accelerate and advance the techniques for wind farm optimization.

Keywords

Wind farm layout optimization

Turbine

Wind energy

Wake model

Wind farm modeling

Fig. 1. Parameters in: (a) a standalone wind turbine and (b) wind turbine on a terrain.

Fig. 9. (a) Experimental power curve of the turbines and (b) computed turbine coefficients

Fig. 11. Power generation of the optimized wind farm layout for Case 1 using: (a) Frandsen’s model and (b) BP model; Case 2 using: (c) Frandsen’s model and (d) BPmodel.

編輯:張宇;校對:劉惠。

                                          

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