Doctorandus/a PhD student
Partners
Promotor / Supervisor
Prof. dr. Johan Meyers
Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research
Dit proefschrift bestudeert de toepassing van optimale controletechnieken in large-eddy simulations (NL: simulaties van grote wervelingen) van windturbinepark-atmosferische grenslaag interacties met oog op een verhoogde totale vermogenproductie in windturbineparken. De individuele windturbines worden beschouwd als stromingsactuatoren wiens energiewinning dynamisch gereguleerd wordt met als doel het stromingsveld en het verticaal transport van turbulente energie optimaal te beïnvloeden. Het proefschrift richt zich op de ontwikkeling van een platform voor gradiënt- en adjoint-gebaseerde algoritmen voor optimalisatie van de vermogenproductie van een windturbinepark. In de eerste optimalisatiestudies wordt de optimale controle van een oneindig groot windturbinepark onderzocht. Een eerste gevalstudie richt zich op de directe maximalisatie van de energiewinning. Hieruit blijkt dat de energiewinning toeneemt met 16% in vergelijking met de niet-gecontroleerde referentie. Voor de huidige windparkgeometrie blijkt dat de verhouding tussen ontgonnen energie door de turbines en turbulente dissipatie in de grenslaag ruwweg rond de 70% blijft. Deze verhouding kan licht verhoogd worden met enkele procentpunten door een penalisatie van de dissipatie toe te voegen aan de kostfunctionaal. Voor drukgedreven grenslagen in evenwicht wordt geschat dat zulk een verhoging kan leiden tot een toename in energiewinning van het windturbinepark van 6%. Vervolgens wordt het ontwikkelde optimale controle platform toegepast op een windturbinepark van eindige grootte. Een fringe region techniek wordt gebruikt om niet-periodische randvoorwaarden in het simulatiedomein op te leggen en de adjoint formulering van de fringe krachtterm wordt toegevoegd aan de adjoint LES vergelijkingen. Simulatieresultaten tonen een toename in energiewinning van 7.3% in vergelijking met de niet-gecontroleerde studie. Deze waarde is gevoelig lager dan de toename in energiewinning bij optimale controle van oneindige windturbineparken. Desalniettemin kan de bekomen toename van 7.3% gunstig zijn, zeker in het geval van grote windturbineparken.
Volledige tekst van het doctoraat / full text
Examencommissie / Board of examiners
- Prof. dr. Johan Meyers (promotor)
- Prof. dr. Adhemar Bultheel (voorzitter/chairman)
- Prof. dr. Nicole Van Lipzig (secretaris/secretary)
- Prof. dr. Moritz Diehl
- Prof. dr. Fernando Porté-Agel , School of Architecture, Civil and Environmental Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne
- Prof. dr. Jeroen van Beeck , von Karman Institute for Fluid Dynamics
- Prof.ir. Jan-Willem van Wingerden , Technische Universiteit Delft