Published May 5, 2023 | Version v1
Publication Open

Wind farm repowering optimization: a techno‐economic‐aesthetic approach

Creators

  • 1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
  • 2. Universidade de Vigo
  • 3. University of Nairobi

Description

Abstract When a wind farm (WF) approaches the end of its life cycle, repowering is another opportunity for wind energy to prove its value. This paper proposes an optimization framework to guide the WF repowering, considering the power generation, the economic cost, and the aesthetic of the WF when various types of new wind turbines (WTs) are added. When calculating the wake deficits inside the WF, a three‐dimensional (3‐D) Gaussian wake model is applied which considers the height differences among the new WTs. A harmony pattern metric is used to assess the visual impact of the rebuilt WF. This optimization problem is formulated as an integer programming (IP) problem and is tackled by the integer particle swarm optimization (IPSO) algorithm. The wind data used for this optimization procedure is predicted by the auto‐regressive (AR) model. The case study on the OWEZ WF verifies the effectiveness of the proposed method. It is also validated that the application of predicted wind data is better than the historical data for WF repowering optimization.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

عندما تقترب مزرعة الرياح (WF) من نهاية دورة حياتها، فإن إعادة التشغيل هي فرصة أخرى لطاقة الرياح لإثبات قيمتها. تقترح هذه الورقة إطار تحسين لتوجيه إعادة تشغيل WF، مع الأخذ في الاعتبار توليد الطاقة والتكلفة الاقتصادية وجمالية WF عند إضافة أنواع مختلفة من توربينات الرياح الجديدة (WTs). عند حساب عجز الاستيقاظ داخل WF، يتم تطبيق نموذج الاستيقاظ الغاوسي ثلاثيالأبعاد (3-D) الذي يأخذ في الاعتبار اختلافات الارتفاع بين WTs الجديدة. يتم استخدام مقياس نمط الانسجام لتقييم التأثير البصري لـ WF المعاد بناؤه. تتم صياغة مشكلة التحسين هذه كمشكلة برمجة عدد صحيح (IP) ويتم معالجتها بواسطة خوارزمية تحسين سرب الجسيمات الصحيحة (IPSO). يتم التنبؤ ببيانات الرياح المستخدمة لإجراء التحسين هذا من خلال نموذج التراجع التلقائي (AR). تتحقق دراسة الحالة على OWEZ WF من فعالية الطريقة المقترحة. تم التحقق أيضًا من أن تطبيق بيانات الرياح المتوقعة أفضل من البيانات التاريخية لتحسين إعادة تشغيل WF.

Translated Description (French)

Résumé Lorsqu'un parc éolien (WF) approche de la fin de son cycle de vie, le redémarrage est une autre occasion pour l'énergie éolienne de prouver sa valeur. Cet article propose un cadre d'optimisation pour guider le repowering du WF, en tenant compte de la production d'énergie, du coût économique et de l'esthétique du WF lorsque divers types de nouvelles éoliennes (WT) sont ajoutés. Lors du calcul des déficits de sillage à l'intérieur du WF, un modèle de sillage gaussien tridimensionnel (3-D) est appliqué qui prend en compte les différences de hauteur entre les nouveaux WT. Une métrique de modèle d'harmonie est utilisée pour évaluer l'impact visuel du WF reconstruit. Ce problème d'optimisation est formulé comme un problème de programmation entière (IP) et est abordé par l'algorithme d'optimisation d'essaim de particules entières (IPSO). Les données de vent utilisées pour cette procédure d'optimisation sont prédites par le modèle autorégressif (AR). L'étude de cas sur l'OWEZ WF vérifie l'efficacité de la méthode proposée. Il est également validé que l'application des données de vent prédites est meilleure que les données historiques pour l'optimisation du repowering WF.

Translated Description (Spanish)

Resumen Cuando un parque eólico (WF) se acerca al final de su ciclo de vida, la repotenciación es otra oportunidad para que la energía eólica demuestre su valor. Este documento propone un marco de optimización para guiar la repotenciación de WF, considerando la generación de energía, el costo económico y la estética del WF cuando se agregan varios tipos de nuevos aerogeneradores (WT). Al calcular los déficits de estela dentro del WF, se aplica un modelo de estela gaussiana tridimensional (3-D) que considera las diferencias de altura entre los nuevos WT. Se utiliza una métrica de patrón de armonía para evaluar el impacto visual del WF reconstruido. Este problema de optimización se formula como un problema de programación de enteros (IP) y se aborda mediante el algoritmo de optimización de enjambre de partículas enteras (IPSO). Los datos de viento utilizados para este procedimiento de optimización se predicen mediante el modelo autorregresivo (AR). El estudio de caso sobre el WF de OWEZ verifica la efectividad del método propuesto. También se valida que la aplicación de los datos de viento predichos es mejor que los datos históricos para la optimización de la repotenciación de WF.

Files

rpg2.12756.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4ca1fd8a21a8dc9f1271a633f190b307
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين تجديد طاقة مزرعة الرياح: نهج تقني اقتصادي جمالي
Translated title (French)
Optimisation du repowering des parcs éoliens : uneapproche techno-économique-esthétique
Translated title (Spanish)
Optimización de la repotenciación de parques eólicos: un enfoque tecnoeconómicoy estético

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4372279034
DOI
10.1049/rpg2.12756

Is supplement to
https://openalex.org/W4230128976 (Other)
https://openalex.org/W3175962964 (Other)
https://openalex.org/W3025631740 (Other)
https://openalex.org/W2547842015 (Other)
https://openalex.org/W2537610172 (Other)
https://openalex.org/W2527362732 (Other)
https://openalex.org/W2099727334 (Other)
https://openalex.org/W2051217973 (Other)
https://openalex.org/W1984730360 (Other)
https://openalex.org/W1964113111 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1505829481
  • https://openalex.org/W1924486151
  • https://openalex.org/W1929673614
  • https://openalex.org/W1994380013
  • https://openalex.org/W2029823187
  • https://openalex.org/W2033540823
  • https://openalex.org/W2044810230
  • https://openalex.org/W2054310035
  • https://openalex.org/W2336992768
  • https://openalex.org/W2338568459
  • https://openalex.org/W2526149987
  • https://openalex.org/W2528561424
  • https://openalex.org/W2547725344
  • https://openalex.org/W2745405222
  • https://openalex.org/W2755053561
  • https://openalex.org/W2794287865
  • https://openalex.org/W2805483612
  • https://openalex.org/W2808049253
  • https://openalex.org/W2838936633
  • https://openalex.org/W2902778340
  • https://openalex.org/W2904801674
  • https://openalex.org/W2905150213
  • https://openalex.org/W2915266096
  • https://openalex.org/W2946206681
  • https://openalex.org/W2970880877
  • https://openalex.org/W3000120052
  • https://openalex.org/W3084318343
  • https://openalex.org/W4303099237
  • https://openalex.org/W4312794351