Η παρούσα εργασία έχει σκοπό την μελέτη της ταυτόχρονης βελτιστοποίησης της χωροθέτησης του αιολικού πάρκου και της συνδεσμολογίας των Α/Γ μεταξύ τους, δηλαδή των προβλημάτων WFLOP (wind farm layout optimization problem) και OWFCCLP (offshore wind farm cable connection layout problem) αντίστοιχα. Αυτό θα γίνει σειριακά ως εξής:
1. Εύρεση τυχαίας τοπολογίας των Α/Γ.
2. Μεταξύ τους σύνδεσης με τον αλγόριθμο του ελάχιστος ζευγνύοντος δέντρου.
3. Υπολογισμός Σταθμισμένου Κόστους Ενέργειας (Levelized Cost of Energy – LCOE).
4. Επανάληψη βημάτων 1 ως 3 μέχρι να συγκλίνει ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης.
H εργασία ξεκινά με την τοποθέτηση του τεχνολογικού προβλήματος καθώς και με μια βιβλιογραφική επισκόπηση άλλων εργασιών που έχουν παρεμφερές αντικείμενο με την παρούσα εργασία. Στη συνέχεια θα παρουσιασθούν 6 απλοποιημένα μοντέλα ομόρρου από την βιβλιογραφία. Αυτά τα μοντέλα είναι τα Abramovich, Jensen, GCL (παλιά και καινούρια έκδοση), Floris και Gauss. Ακολουθούν τα μοντέλα τύρβης τα οποία εξετάζονται, οι παραδοχές για τον υπολογισμό του LCOE, το πώς υπολογίζεται η φαινόμενη ταχύτητα σε κάθε Α/Γ μέσα στο πάρκο και εν τέλει θα παρουσιασθεί ποιοτικά το ελάχιστο ζευγνύον δέντρο (MST). Μετά την παρουσίαση της βιβλιογραφίας πραγματοποιούνται συγκρίσεις οι οποίες εξετάζουν την επίδραση διαφόρων παραμέτρων πάνω στην βέλτιστη λύση. Οι παράμετροι που εξετάζονται είναι, η μέθοδος βελτιστοποίησης, το μοντέλο ομόρρου, το κόστος καλωδίωσης, το κριτήριο για το όριο τύρβης καθώς και το πλήθος των Α/Γ που τοποθετούνται σε ένα χωρίο. Τέλος γίνονται και δύο μελέτες πάνω σε ήδη υφιστάμενα υπεράκτια αιολικά πάρκα, το Horns Rev 1 και το Middegruden. Έτσι εκτιμάται ότι θα υπάρχει μια σφαιρική αποτίμηση της χρησιμότητας της βελτιστοποίησης τόσο της τοπολογίας καθώς και της συνδεσμολογίας.
(EL)
The scope of this project is to investigate of the simultaneous optimization of the layout of an offshore wind turbine park. This problem takes into account two sub-problems. The first one is the WFLOP (wind farm layout optimization problem) and the other one is the OWFCCLP (offshore wind farm cable connection layout problem). The process will follow these steps:
1. Creation of a random wind farm configuration.
2. Optimal connection of wind turbines with MST algorithm.
3. LCOE calculation
4. Repetition of steps 1 to 3.
The thesis starts with the definition of the technological problem along with the presentation of the existing state of the art. After that, there is a brief report of the wake effect models that are examined in this thesis, namely Abramovich, Jensen, GCL (new and old one), Floris and one that has the Gaussian curve. Turbulence models and the LCOE calculation follow, along with the calculation of the phenomenal wind velocity of the turbines and a short explanation of MST algorithm (minimum spanning tree). Once the theoretical part is finished, several cases are examined, each one with different parameters taken into account. These parameters are: 1) The optimization algorithm, 2) The wake model, 3) The cable cost, 4) The maximum turbulence limit, 5) The number of wind turbines into a limited space, 6) The comparison between existing layouts (Middelgrunden and Horns Rev 1) and optimized one. All things considered, those parametrizations aim to a better understanding of the significance of cable costs in the optimal layout.
(EN)
National Technical University of Athens
