研究人員已經(jīng)完成了一種算法或方法來(lái)設(shè)計(jì)更高效的風(fēng)電場(chǎng)

隨著能源需求的增加，賓夕法尼亞州立大學(xué)和大不里士大學(xué)的研究人員已經(jīng)完成了一種算法或方法來(lái)設(shè)計(jì)更高效的風(fēng)電場(chǎng)，幫助為建筑商創(chuàng)造更多的收入，并為客戶(hù)提供更多的可再生能源。

風(fēng)能正在上升，不僅僅是在美國(guó)，”賓夕法尼亞州立大學(xué)貝倫德學(xué)院電氣工程助理教授穆罕默德拉蘇利說(shuō)太陽(yáng)能電池板的效率不到25%，這仍然是當(dāng)前研究的課題。另一方面，風(fēng)力渦輪機(jī)效率更高，將超過(guò)45%的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。"

雖然風(fēng)力發(fā)電機(jī)是有效的，但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，風(fēng)電場(chǎng)的布局會(huì)降低效率。拉蘇利說(shuō)，建筑商并不總是把風(fēng)力渦輪機(jī)放在風(fēng)速最高的地方，它們會(huì)產(chǎn)生最大的功率。渦輪機(jī)間距也很重要——因?yàn)闇u輪機(jī)產(chǎn)生阻力來(lái)降低風(fēng)速，第一個(gè)捕獲風(fēng)的渦輪機(jī)將比隨后的渦輪機(jī)產(chǎn)生更多的功率。

為了建設(shè)更高效的風(fēng)電場(chǎng)，設(shè)計(jì)人員必須考慮這些因素，包括風(fēng)速和風(fēng)機(jī)間距、土地面積、地理位置、渦輪機(jī)數(shù)量、植被數(shù)量、氣象條件、建設(shè)成本等因素。即使有數(shù)學(xué)模型的幫助，也很難平衡所有這些因素來(lái)找到最佳布局?！斑@是一個(gè)多目標(biāo)的方法，”拉蘇利說(shuō)?！拔覀冇幸粋€(gè)函數(shù)，我們希望在考慮各種約束的同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化?！?

研究人員專(zhuān)注于一種叫做“基于生物地理學(xué)的優(yōu)化”的方法。BBO成立于2008年。受到大自然的啟發(fā)，它是基于動(dòng)物如何根據(jù)自己的需要自然地分配自己來(lái)充分利用環(huán)境。通過(guò)從動(dòng)物行為中創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型，研究人員可以計(jì)算出其他場(chǎng)景中物體的最佳分布，例如風(fēng)電場(chǎng)中的渦輪機(jī)。

“分析方法需要大量的計(jì)算，”拉蘇利說(shuō)?！斑@種BBO方法可以最大限度地減少計(jì)算量并提供更好的結(jié)果，并以更低的計(jì)算成本找到最佳解決方案。”其他研究人員在2017年和2018年使用簡(jiǎn)化的BBO方法計(jì)算更高效的風(fēng)電場(chǎng)布局，但這些簡(jiǎn)化版本沒(méi)有考慮影響優(yōu)化布局的所有因素。賓夕法尼亞州立大學(xué)和大不里士大學(xué)的研究人員通過(guò)結(jié)合其他變量完成了這一方法，包括真實(shí)的市場(chǎng)數(shù)據(jù)、表面粗糙度(這將影響風(fēng)力發(fā)電)和每個(gè)渦輪機(jī)接收的風(fēng)量。

研究團(tuán)隊(duì)還改進(jìn)了BBO方法，將尾流計(jì)算與更現(xiàn)實(shí)的模型相結(jié)合——風(fēng)吹過(guò)渦輪機(jī)后機(jī)翼速度較慢的區(qū)域，類(lèi)似于船尾的尾流——并測(cè)試了模型的敏感性，如利率、財(cái)政激勵(lì)和能源生產(chǎn)成本的差異。他們將在11月份的《清潔生產(chǎn)雜志》上在線(xiàn)報(bào)告他們的結(jié)果。拉蘇利說(shuō)：“與一些簡(jiǎn)化的方法相比，這是一種更現(xiàn)實(shí)的優(yōu)化方法?！斑@將對(duì)客戶(hù)、廠(chǎng)商和并網(wǎng)型大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)更有利?！蓖ㄟ^(guò)整合更多數(shù)據(jù)，如更新的天氣記錄和制造商信息，研究人員將能夠使用BBO方法優(yōu)化許多不同位置的風(fēng)電場(chǎng)布局，并幫助世界各地的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)者更好地利用他們的土地，產(chǎn)生更多的能源，以滿(mǎn)足消費(fèi)者未來(lái)的能源需求?！盎剂嫌幸粋€(gè)結(jié)束時(shí)間，”拉蘇利說(shuō)?！拔覀兛梢酝ㄟ^(guò)這種即將到來(lái)的方法或更好的優(yōu)化方法更好地利用風(fēng)能?！?

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