Modelado Numérico y Aplicación de Arrays de Turbinas Eólicas de Eje Horizontal en Grandes Parques Eólicos
Autores: Young, Lien; Zheng, Xing; Gao, Erjie
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado Numérico y Aplicación de Arrays de Turbinas Eólicas de Eje Horizontal en Grandes Parques Eólicos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía eólica
Palabras clave
Energía renovable
Parques eólicos
Arreglos HAWT
Simulación numérica
Método de acoplamiento BEM-CFD
Costo computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
El suministro global de energía sigue siendo ajustado, incluso con el aumento de la utilización de energías renovables y la abundante energía eólica. Cada vez se han instalado más grandes parques eólicos a nivel mundial. A partir de 2020, la capacidad total instalada de China representaba el 38.8%, muy por delante de otros países. La disposición de las filas de turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) en grandes parques eólicos plantea tres problemas principales: (1) Cómo seleccionar un sitio. (2) Cómo organizar las filas de HAWT para lograr una mayor extracción de energía en un parque eólico específico. (3) Cómo reducir el ruido generado por las HAWT. La simulación numérica de un campo de estela de HAWT generalmente incluye el método analítico (AM), el método de rejilla de vórtices o el método de partículas de vórtices (VM), el método de paneles (PM), el método de momento de elementos de palas (BEM), el método de actuador generalizado (GAM) y el método de modelado directo (DM). Considerando el costo computacional, este documento combina DMs y adopta principalmente el método de acoplamiento BEM-CFD, incluyendo la carga uniforme y no uniforme de la fuerza axial. Se llevaron a cabo cuarenta experimentos numéricos diseñados especialmente, que muestran que: (1) el método BEM-CFD mejora enormemente la velocidad de cálculo dentro del rango de precisión de un coeficiente de empuje inferior al 2.5%, lo que lo hace muy adecuado para el cálculo de filas de HAWT en grandes parques eólicos; (2) para filas de HAWT regulares, es razonable elegir un espaciado en la dirección del viento y un espaciado en la dirección transversal para simplificar en la práctica.
Descripción
El suministro global de energía sigue siendo ajustado, incluso con el aumento de la utilización de energías renovables y la abundante energía eólica. Cada vez se han instalado más grandes parques eólicos a nivel mundial. A partir de 2020, la capacidad total instalada de China representaba el 38.8%, muy por delante de otros países. La disposición de las filas de turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) en grandes parques eólicos plantea tres problemas principales: (1) Cómo seleccionar un sitio. (2) Cómo organizar las filas de HAWT para lograr una mayor extracción de energía en un parque eólico específico. (3) Cómo reducir el ruido generado por las HAWT. La simulación numérica de un campo de estela de HAWT generalmente incluye el método analítico (AM), el método de rejilla de vórtices o el método de partículas de vórtices (VM), el método de paneles (PM), el método de momento de elementos de palas (BEM), el método de actuador generalizado (GAM) y el método de modelado directo (DM). Considerando el costo computacional, este documento combina DMs y adopta principalmente el método de acoplamiento BEM-CFD, incluyendo la carga uniforme y no uniforme de la fuerza axial. Se llevaron a cabo cuarenta experimentos numéricos diseñados especialmente, que muestran que: (1) el método BEM-CFD mejora enormemente la velocidad de cálculo dentro del rango de precisión de un coeficiente de empuje inferior al 2.5%, lo que lo hace muy adecuado para el cálculo de filas de HAWT en grandes parques eólicos; (2) para filas de HAWT regulares, es razonable elegir un espaciado en la dirección del viento y un espaciado en la dirección transversal para simplificar en la práctica.