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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/82358
標題: | 偏航角與大氣條件對風機尾流與發電效率之影響 The Impact of the Yaw Angle on Wind-turbine Wakes and Power Generation under Varied Atmospheric Conditions |
作者: | Ching-Wen Kuo 郭靖玟 |
指導教授: | 楊鏡堂(Jing-Tang Yang) |
關鍵字: | 風力發電,大氣穩定性,偏航角,風場最佳化,計算流體力學, wind turbine,yaw angle,atmospheric boundary layer,computational fluid dynamics, |
出版年 : | 2021 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 本研究使用數值模擬分析在穩定與對流大氣條件下的風機流場,探討尾流恢復差異,改變上游風機偏航角調整尾流方向,使下游風機可用風能增加。本研究提出的風機偏航策略,在對流大氣條件下可提升風場產能約14%,在穩定條件下提升約27%。 離岸風電是近年來臺灣能源政策的主要發展項目,年產值上千億元,而影響風場發電效率的其中一項因素是風機的尾流效應。由於地表的大氣條件多變,會影響到風機尾流流場,因此本研究主要探討在不同大氣條件下的風機尾流以及風機發電效率,並制定上游風機偏航角控制策略,使兩座風機發電效率最佳化。 本研究使用計算流體力學軟體ANSYS Fluent進行風機流場的數值模擬,以NREL 5 MW風機作為研究模型,設計一控制器,使風機維持在額定轉速,並能透過此控制器計算風機發電功率,以利進行後續分析。大氣穩定條件方面,使用紊流源項 (source term) 模擬浮力的影響,設定穩定 (L = 150) 與對流 (L = -150) 兩種大氣條件,調整風機的偏航角使尾流偏移,分析尾流偏移量以及恢復速率。 研究結果顯示出對流情況下的尾流恢復情形較好,渦旋結構在風機下游3至4倍轉子直徑處消散,速度恢復量比穩定情況多出10%。在制定風機偏航角控制策略方面,本研究綜合了發電量與風機受力分析,得出結論在穩定狀況下,上游風機偏航15°能增加整體發電量約27%,對流狀況下偏航20°能增加發電量約14%。 本研究使用數值模擬分析風機的尾流流場結構,探討大氣穩定性對風機尾流的影響,歸納出一個發電最佳化的偏航策略,根據大氣變化選擇適合的風機偏航角,能更有效率的提高風場發電效率,增加產能。 |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/82358 |
DOI: | 10.6342/NTU202101467 |
全文授權: | 同意授權(全球公開) |
電子全文公開日期: | 2023-08-01 |
顯示於系所單位: | 機械工程學系 |
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