Om vakstyrning: en experimentell studie om vindparksoptimering
Tid: Fr 2025-10-31 kl 10.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63329835473
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik Energiteknik
Respondent: Derek Micheletto , Teknisk mekanik, KTH Royal Institute of Technology
Opponent: Prof. Carlo Bottasso, TUM School of Engineering and Design
Handledare: Jens H. M. Fransson, Skolan för teknikvetenskap (SCI), KTH Royal Institute of Technology; Antonio Segalini, KTH Royal Institute of Technology
QC 251010
Abstract
Vakväxelverkan mellan uppströms och nedströms turbiner i vindkraftsparker leder till betydande effektförluster och påskyndar den strukturella utmattningen, vilket i sin tur förkortar livslängden av turbinernas rotorer. För att motverka dessa effekter och öka vindkraftens ekonomiska lönsamhet har omfattande forskning fokuserat på att utveckla flödeskontrollstrategier som syftar till att minimera vakrelaterade förluster. Bland dessa har vakstyrning visat sig vara särskilt effektiv. Tekniken går ut på att felrikta (gira) utvalda turbiner i förhållande till den inkommande vindriktningen. Detta skapar laterala krafter som böjer av turbinernas vakar från nedströms turbiner. När styrningen är optimerad kan de förbättrade inflödesförhållandena för nedströms turbiner ge upphov till energivinster som överstiger de effektförluster som orsakas av girningen, vilket resulterar i en total ökning av parkens effektuttag. Vakstyrningens potential har tidigare demonstrerats i både vindtunnelexperiment och numeriska simuleringar. Sammantaget uppvisar dock de rapporterade effektökningarna och motsvarande optimala girvinklar en betydande variation. Dessutom har de flesta tidigare studier begränsats till ett fåtal turbiner, ofta arrangerade i en enkel rad av turbiner i strömningsriktningen. I denna avhandling presenteras en serie vindtunnelexperiment med syfte att kvantifiera effektiviteten av vakstyrning i vindkraftparker bestående av ett större antal turbiner arrangerade i flera rader i strömningsriktningen. För detta ändamål har en ny vindturbinmodell designats, tillverkats och testats. Vidare har en helt ny experimentell uppställning utvecklats, som möjliggör automatiserad styrning och prestandaövervakning av en vindkraftpark som opererar i ett replikerat atmosfäriskt gränsskikt. Först karakteriserades vakegenskaperna hos en isolerad turbin för olika girvinklar och inflödesförhållanden. Därefter utvärderades systematiskt ett stort antal girvinkelkonfigurationer i vindkraftparker bestående av 9 respektive 20 turbiner, vilket resulterade i maximala effektökningar på 5.3% respektive 2.7%. Resultaten visar att vakstyrningens effektivitet minskar med ökande vindhastighet i det fria inflödet. Vidare observerades kvalitativa skillnader i hur enskilda rader svarade på styrningen, vilket sannolikt beror på position i vindparken och på interaktioner mellan olika kolumner.