只要前排風機微微「側身」,風場發電量即可提高 47%

發佈日期: 2019 年 07 月 05 日 18:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

如何提高風力發電場的整體發電量?風機葉片的角度、如何排列風機都是一門學問。最近美國史丹佛大學研究發現,只要將前排風機微微「側身」,就能降低後排的風機受到尾流效應(wake effect)的影響,風場發電量進而提高 28% 到 47%。

冬天時在外若不想要吹到冷風,可以鑽進人群中尋求擋風,這個行為或許可以解釋一下什麼是尾流效應。目前主流的風力發電機都是採用扇葉式風機,當風吹過前排風機後,風機會攔截部分風並轉化為機械能,風的強度跟風速都會隨之減弱,使後排風機發電效率下降 40% 以上。

因此為了降低尾流效應對風場的影響,通常風場內每支風機都相距非常遠,這不僅提高風場占地面積,電纜成本也隨之增加。

但降低尾流效應影響的方法其實不只有「拉開距離」。先前美國德州大學達拉斯分校便希望透過電腦模型,模擬增加或降低渦輪葉片轉速,同時測量功率、計算梯度,重複執行直到找出最佳結果,盼提高風場的收益。

這次史丹佛大學則利用截然不同的方法,該團隊研究指出,若是透過跡流導向(wake steering),前排的風機微微傾斜,避開迎面而來的風,或許能減少對後排風機的尾流干擾,並改善風場的發電量與效率,進一步降低整體成本。

至於風機傾斜角度要如何拿捏?團隊為了找出答案也跟風機營運商 TransAlta Renewables 攜手合作,一同在加拿大艾伯塔省風場研究跡流導向對 6 支風機的影響,以及到底何為最佳角度。

研究指出,在平均風速降低 7% 到 13% 的低風速下,根據不同的角度與時間點,風場整體發電量可提高 28% 到 47%,能有效減少風機尾流對後排風機的影響。只不過對於前排風機來說,風已經不再迎面而來,發電量自然也無法達到最高點,但研究員 Michael Howland 指出,由於尾流效應影響減少,後排風機發電量顯著提升,尤其是最後面的風機。

史丹佛大學土木與環境工程教授 John Dabiri 也補充,過去人們一直以來都專注於研究如何提高單支風機的性能與發電量,但人們得開始考慮研究整體風場的效益了。

目前史丹佛大學團隊也正進一步研究與確認跡流導向會對風機或是風場帶來什麼效益,團隊在研究時也同時發現跡流導向能降低風機的機械疲勞。研究已發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Thomas Kohler via Flickr CC BY 2.0)

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