الملخص
هذه الدراسة تتعامل مع نمذجة تأثير المخر (wake effect) على الطاقة المستخلصة من مزارع الرياح، وتغطي تأثير المخر الناتج من تداخل العضو الدّوار الأمامي مع العضوين يمينه ويساره في حال توربينات الوسط، ومع أحدهما في حال التوربينات الحدية. ولقد تَم تطوير نموذجاً رياضياً أُحادي المخر بالاعتماد على الوصف الخطي، وذلك لحساب سرعة الرياح داخل منطقة المخر عند أي مسافة خلف العضو الدّوار في مزرعة الرياح. وتَم استخدام نوعين من التوربينات بقطرين مختلفين (62 م و 100 م) لتقدير تأثير المخر على الطاقة المنتجة من مزارع الرياح. تَم إعداد توزيعات مختلفة لمزرعة الرياح، منها: 3×3 (صفوف×أعمدة)، 4×4، 6×6، 1×16، 16×1، 2×8 و 8×2، وحساب الطاقة المستخلصة لكل حالة لاختيار التوزيع الأمثل من بينها، وبالتالي مقارنة هذه التوزيعات بالتوزيع الأمثل. يوجد انخفاض في الطاقة السنوية المستخلصة من التوزيعات المشار إليها مسبقاً عند سرعة رياح 15 م/ث مع مسافة 10D بين التوربين والتوربين الذي يليه، وخلصت الدراسة إلى أن الانخفاض يعادل 20% لـ 3×3 (صفوف× أعمدة)، 32% لـ 4×4، 46% لـ 6×6، 12.8% لـ 16×1، 23.3% لـ 2×8 و 29% لـ 8×2 عندما تقارن هذه التوزيعات بالنسبة للتوزيع 1×16 كتوزيع أمثل من جانب الفقد في الطاقة المنتجة.
ABSTRACT
This study deals with the modeling of the wake effect on the energy extracted from the wind farms. It covers the wake effect of the interaction of the upstream wind rotor with/without the upstream right and/or upstream left wind rotor. A mathematical model representing a single wake model based on the linear description of the wake is developed in order to predict the wind speed inside the wake region at any downstream distance within the wind farm. Two different types of turbines with diameters of 62m and 100m are considered. Accordingly the effect of the wake on the energy produced from the wind farms is estimated.
A number of different wind farm layouts are studied. Case studies including 3×3, 4×4, 6×6, 1×16, 16×1, 2×8, and 8×2 layouts are considered. Extracted energy is calculated in each case and an optimum layout is determined from different layouts. The effectiveness of the other layouts with respect to the optimum is obtained. The results showed that there is a drop in the annual extracted energy from the above mentioned layouts depending on the W.T. distances separating the W.T’s. The wind speed was assumed to be 15m/s with 10D downstream distances. The losses are estimated to be 20% for 3×3 (rows×column), 32% for 4×4, 46% for 6×6, 12.8% for 16×1, 23.3% for 2×8, and 29% for 8×2 when these layouts are compared to 1×16 layout as an optimum layout.
