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Interazione di scie in parchi eolici offshore con condizioni di vento derivate dalla mesoscala e onde marine

Si riporta uno studio sull'interazione scia-rotore tra due turbine eoliche offshore, modellate usando la teoria della linea attuatrice ed operanti in condizioni di vento realistiche.



Si considerano due diverse orientazioni del rotore di monte, simulando una strategia di controllo di scia. Il campo di vento è ottenuto derivando da strumenti di previsione metereologica le condizioni al contorno per le simulazioni CFD ad alta risoluzione. Viene anche considerato il moto delle onde tramite mesh dinamica. Le installazioni offshore rappresentano il futuro dell'energia eolica in virtù della maggiore velocità del vento rispetto alla terraferma e la possibilità di garantire un minor impatto visivo.

Nella progettazione dei layout dei parchi eolici è fondamentale progettare e ottimizzare la disposizione delle turbine con l'obiettivo di ridurre le perdite di scia, che nel caso offshore risulta particolarmente importante a causa della bassa turbolenza ambientale.

In questo studio presentiamo un'analisi del controllo della scia e dell'interazione scia-rotore che utilizza lo ALM per le turbine ed un approccio multiscala che combina NWP e CFD per simulare il campo di ventosità.

Il caso studio consiste in un layout semplificato composto da due turbine da 10MW allineate con la direzione media del vento. Il rotore di monte viene simulato con angolo di imbardata pari a 0° e 20° e, per ciascuna di queste due configurazioni, vengono analizzati gli effetti dell'interazione tra le scie ed i rotori e l'effetto del controllo dell'imbardata come possibile sistema di mitigazione delle perdite di scia.

Si tiene inoltre conto della presenza delle onde marine deformando dinamicamente la zona del reticolo di calcolo che riproduce la superficie del mare.

La metodologia utilizzata si articola in tre fasi. Viene dapprima condotta una simulazione di mesoscala dell'atmosfera terrestre in un'ampia regione (riquadro in alto a sinistra della Figura 1) circostante il parco; questa fornisce le condizioni al contorno per la simulazione su scala locale.

Viene poi condotta una simulazione URANS nel dominio di scala locale (riquadro in alto a destra della Figura 1) allo scopo di costruire una condizione iniziale per la successiva simulazione DDES. Infine, viene eseguita una simulazione DDES che tiene conto della presenza delle WT per mezzo del modello ALM.

Il sito eolico selezionato per questo studio è la piattaforma di ricerca offshore FINO2 [24] situata nel Mar Baltico a 35 km dalla terraferma. Le misurazioni LIDAR del vento per questo sito sono disponibili per un lasso di tempo che va da Luglio 2011 a Luglio 2012[25].

Dai dati a disposizione, abbiamo selezionato una giornata invernale per eseguire la rianalisi tramite WRF-ARW. L'intervallo di tempo selezionato (i 10 minuti tra le dalle 10:30 alle 10:40 del 15 dicembre 2011) è caratterizzato da un profilo di velocità con turbolenza moderata, ma significative variazioni della direzione del vento nei primi 400 metri sopra il livello del mare (s.l.m.).

In allegato, è disponibile il pdf con lo studio completo e le conclusioni.
Aldo Bonfiglioli, Alessio Castorrini - Università degli Studi della Basilicata - http://portale.unibas.it/site/home.html
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