Coupled wake and blockage modelling for a wind farm

Abstract

One of the significant reasons for the power loss in wind farms is the wake effect. Therefore, the wake effect is crucial for designing a wind farm. However, only wake modeling is not sufficient to explain power losses. Wake is the turbulent, complex, and relatively weak flow behind the wind turbine. The wake effect is not required for the front row turbines in wind farms, and the wake model cannot be applied. It is assumed that the wind farm directly encounters the free stream wind speed. However, the blockage effect, also known as the induction zone effect, is observed at the front of the wind turbines. Due to this effect, the wind farm encounters a lower wind speed than the free-stream wind speed. This situation reduces the accuracy of the Annual Energy Production (AEP) calculation in wind farms. The motivation of this study is to obtain an improved coupled wake and blockage model that converges to the accurate SCADA data of a wind farm more than the wakeonly or blockage-only models. This study applies seven wake and six blockage models to the wind farm. The similarities and differences between the coupled models and the wind farm SCADA data and their reasons are discussed.

Rüzgar çiftliklerinde meydana gelen güç kaybının önemli nedenlerinden biri de iz etkisidir. Bu nedenle, bir rüzgar çiftliği tasarlamak için iz etkisi çok önemlidir. Ancak sadece iz modellemesi güç kayıplarını açıklamak için yeterli değildir. İz, rüzgar türbininin arkasındaki türbülanslı, karmaşık ve nispeten zayıf akıştır. Rüzgar çiftliklerinde ön sıradaki türbinler için iz etkisi gerekli değildir ve iz modeli uygulanamaz. Rüzgar çiftliğinin doğrudan serbest akım rüzgar hızıyla karşılaştığı varsayılmaktadır. Ancak indüksiyon bölgesi etkisi olarak da bilinen blokaj etkisi rüzgar türbinlerinin ön kısmında gözlenmektedir. Bu etki nedeniyle, rüzgar çiftliği, serbest akış rüzgar hızından daha düşük bir rüzgar hızıyla karşılaşır. Bu durum, rüzgar santrallerinde Yıllık Enerji Üretimi hesaplamasının doğruluğunu azaltmaktadır. Bu çalışmanın motivasyonu, bir rüzgar çiftliğinin doğru SCADA verilerine yalnızca iz veya yalnızca blokaj modellerinden daha fazla yakınsayan gelişmiş bir birleşik iz ve blokaj modeli elde etmektir. Bu çalışma, rüzgar çiftliğine yedi farklı iz modeli ve altı farklı blokaj modeli uygulamaktadır. Birleştirilmiş modeller ile rüzgar santrali SCADA verileri arasındaki benzerlikler ve farklılıklar ve bunların nedenleri tartışılmıştır.