Том 39, номер 03, статья № 5
Смалихо И. Н., Банах В. А., Фалиц А. В., Шерстобитов А. М., Сухарев А. А., Гордеев Е. В. Трехмерная визуализация шлейфа ветровой турбины по данным когерентных доплеровских лидаров. // Оптика атмосферы и океана. 2026. Т. 39. № 03. С. 214–222. DOI: 10.15372/AOO20260305.Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:
Исследование шлейфов ветровых турбин критически важно для оптимизации их размещения на территории ветропарка. Импульсные когерентные доплеровские лидары (ИКДЛ) являются наиболее эффективным инструментом для таких исследований. В настоящей работе предложен новый метод трехмерной визуализации скорости ветра внутри шлейфа по измерениям ИКДЛ. Численное моделирование показало, что метод позволяет оценивать дефицит скорости ветра с относительной погрешностью не более 4%. Натурный эксперимент с применением этого метода подтвердил наличие в поперечном сечении шлейфа структуры дефицита скорости ветра, близкой к кольцевому распределению. Эти результаты согласуются с данными численного моделирования, полученными методами LES и RANS. Представленный метод может применяться в экспериментальных исследованиях тонкой структуры шлейфа ветровой турбины.
Ключевые слова:
когерентный доплеровский лидар, ветер, турбулентность, ветрогенератор, визуализация шлейфа ветровой турбины, дефицит скорости ветра
Иллюстрации:
Список литературы:
1. Kasler Y., Rahm S., Simmet R., Kühn M. Wake measurements of a multi-MW wind turbine with coherent long-range pulsed Doppler wind lidar // J. Atmos. Ocean. Technol. 2010. V. 27, N 9. P. 1529–1532. DOI: 10.1175/2010JTECHA1483.1.
2. Trujillo J.-J., Bingoel F., Larsen G.C., Mann J., Kühn M. Light detection and ranging measurements of wake dynamics. Part II: Two-dimensional scanning // Wind Energy. 2011. V. 14. P. 61–75. DOI: 10.1002/we.402.
3. Iungo G.V., Wu Y.-T., Porté-Agel F. Field measurements of wind turbine wakes with lidars // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, N 2. P. 274–283. DOI: 10.1175/JTECH-D-12-00051.1.
4. Iungo G.V., Porté-Agel F. Measurement procedures for characterization of wind turbine wakes with scanning Doppler wind lidars // Adv. Sci. Res. 2013. V. 10. P. 71–75. DOI: 10.5194/asr-10-71-2013.
5. Smalikho I.N., Banakh V.A., Pichugina Y.L., Brewer W.A., Banta R.M., Lundquist J.K., Kelley N.D. Lidar investigation of atmosphere effect on a wind turbine wake // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, N 11. P. 2554–2570. DOI: 10.1175/JTECH-D-12-00108.1.
6. Aitken M.L., Banta R.M., Pichugina Y.L., Lundquist J.K. Quantifying wind turbine wake characteristics from scanning remote sensor data // J. Atmos. Ocean. Technol. 2014. V. 31, N 4. P. 765–787. DOI: 10.1175/ JTECH-D-13-00104.1.
7. Iungo G.V., Porté-Agel F. Volumetric lidar scanning of wind turbine wakes under convective and neutral atmospheric stability regimes // J. Atmos. Ocean. Technol. 2014. V. 31, N 10. P. 2035–2048. DOI: 10.1175/JTECH-D-13-00252.1.
8. Banta R.M., Pichugina Y.L., Brewer W.A., Lundquist J.K., Kelley N.D., Sandberg S.P., Alvarez R.J., Hardesty R.M., Weickmann A.M. 3D volumetric analysis of wind turbine wake properties in the atmosphere using high-resolution Doppler lidar // J. Atmos. Ocean. Technol. 2015. V. 32, N 5. P. 904–914. DOI: 10.1175/JTECH-D-14-00078.1.
9. Банах В.А., Смалихо И.Н. Когерентные доплеровские ветровые лидары в турбулентной атмосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 304 с.
10. Ламли Дж., Пановский Г. Структура атмосферной турбулентности. М.: Мир, 1966. 264 с.
11. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М.: Наука, 1967. 720 с.
12. Смалихо И.Н., Банах В.А., Разенков И.А., Сухарев А.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Сравнение результатов совместных измерений скорости ветра когерентными доплеровскими лидарами Stream Line и ЛРВ // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 10. С. 826–835. DOI: 10.15372/AOO20221005; Smalikho I.N., Banakh V.A., Razenkov I.A., Sukharev A.A., Falits A.V., Sherstobitov A.M. Comparison of results of joint wind velocity measurements with the Stream Line and WPL coherent Doppler lidars // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N S1. P. S79–S91. DOI: 10.1134/S1024856023010177.
13. Vollmer L., Lee J.C.-Y., Steinfeld G., Lundquist J.K. A wind turbine wake in changing atmospheric conditions: LES and lidar measurements // IOP Conf. Series: J. Phys. 2017. V. 854. P. 012050. DOI: 10.1088/1742-6596/854/1/012050.
14. Van der Laan M.P., Kelly M., Baungaard M., Dicholkar A., Hodgson E.L. A simple steady-state inflow model of the neutral and stable atmospheric boundary layer applied to wind turbine wake simulations // Wind Energ. Sci. 2024. V. 9. P. 1985–2000. DOI: 10.5194/wes-9-1985-2024.