کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6769106 512476 2014 16 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Tidal turbine array optimisation using the adjoint approach
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی آرایه توربین با استفاده از رویکرد وابسته
کلمات کلیدی
انرژی های تجدید پذیر دریایی، توربین های توربین، بهینه سازی مبتنی بر گرادینت، روش متقابل، معادلات آب کم عمق، طرح آرایه،
ترجمه چکیده
جزایر اقیانوسی پتانسیل تولید یک مقدار قابل توجه انرژی تجدیدپذیر را دارند. ژنراتور جریان انحرافی یکی از فن آوری های کلیدی برای استخراج و بهره برداری از این پتانسیل است. به منظور استخراج مقدار قابل توجه اقتصادی از قدرت، صدها توربین جزر و مدی به طور معمول باید در یک آرایه مستقر شوند. این به طور طبیعی منجر به این می شود که چگونه این توربین ها باید پیکربندی شوند تا حداکثر توان ممکن را استخراج کنند: موقعیت و تنظیم فردی توربین ها می تواند به طور قابل توجهی بر قدرت استخراج شده تاثیر بگذارد و از این رو از نظر اقتصادی مهم است. با این حال، بهینه سازی دستی به علت محدودیت های سایت حقوقی، تعامل غیر خطی توربو بیدار و وابستگی مکعب قدرت به سرعت جریان دشوار است. نقش جدید این مقاله، تشکیل این مشکل به عنوان یک مشکل بهینه سازی است که توسط یک مدل فیزیکی محدود شده است و سپس با استفاده از یک الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر شیب کارآمد، حل می شود. در هر تکرار بهینه سازی، یک مدل آب کم عمق یک بعدی دو بعدی، جریان و عملکرد پیکربندی آرایه فعلی را پیش بینی می کند. گرادیان قدرت استخراج شده با توجه به موقعیت های توربین و پارامترهای تنظیم آنها، در یک مقدار از زمان برای راه حل جریان با حل معادلات وابسته وابسته محاسبه می شود. این معادلات علیت را از طریق محاسبات، از قدرت استخراج شده به موقعیت های توربین و پارامترهای تنظیمات، پخش می کند. این باعث می شود که گرادیانت به هزینه تقریبا مستقل از تعداد توربین ها باشد، که برای هر کاربرد عملی بسیار مهم است. ابزار این روش با بهینه سازی آرایه های توربین در چهار سناریوی آرمانی و یک مورد واقع گرایانه با 256 توربین در صدای داخلی پنتلند فریت، اسکاتلند، نشان داده شده است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی انرژی انرژی های تجدید پذیر، توسعه پایدار و محیط زیست
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی آرایه توربین با استفاده از رویکرد وابسته
چکیده انگلیسی
Oceanic tides have the potential to yield a vast amount of renewable energy. Tidal stream generators are one of the key technologies for extracting and harnessing this potential. In order to extract an economically useful amount of power, hundreds of tidal turbines must typically be deployed in an array. This naturally leads to the question of how these turbines should be configured to extract the maximum possible power: the positioning and the individual tuning of the turbines could significantly influence the extracted power, and hence is of major economic interest. However, manual optimisation is difficult due to legal site constraints, nonlinear interactions of the turbine wakes, and the cubic dependence of the power on the flow speed. The novel contribution of this paper is the formulation of this problem as an optimisation problem constrained by a physical model, which is then solved using an efficient gradient-based optimisation algorithm. In each optimisation iteration, a two-dimensional finite element shallow water model predicts the flow and the performance of the current array configuration. The gradient of the power extracted with respect to the turbine positions and their tuning parameters is then computed in a fraction of the time taken for a flow solution by solving the associated adjoint equations. These equations propagate causality backwards through the computation, from the power extracted back to the turbine positions and the tuning parameters. This yields the gradient at a cost almost independent of the number of turbines, which is crucial for any practical application. The utility of the approach is demonstrated by optimising turbine arrays in four idealised scenarios and a more realistic case with up to 256 turbines in the Inner Sound of the Pentland Firth, Scotland.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Renewable Energy - Volume 63, March 2014, Pages 658-673
نویسندگان
, , ,