Investigation the influence of Low-level Jet on wind farm's wake dynamics using FAST.Farm

Low-level jets (LLJs), characterized by localized wind speed maxima between 50 and 1000 meters above the ground, play a crucial role in wind energy harvesting due to their high wind speeds. As wind turbine sizes increase, understanding LLJ dynamics becomes increasingly important. This thesis investigates the impact of LLJ heights on wake dynamics within wind farms. The study examines wake dynamics, encompassing wake velocity deficit, its recovery rate, diameter, and meandering, in varying wind shear conditions subjected to the wind turbine's hub height resulting from different LLJ heights relative to wind turbine hub height. Specifically, inflows with positive, neutral, and negative wind shear stress subjected to the hub height of wind turbine are analyzed to investigate their effects on downward and upward entrainment fluxes towards the wake area in downstream of wind turbines. Using FAST.Farm as an engineering tool, simulations are conducted to investigate the wake behavior of the wind farm. Results indicate that inflow wind with positive wind shear subjected to the hub height, associated with LLJ core higher than the wind turbine's hub height, accelerates wake recovery rates in the first turbine due to downward entrainment fluxes. Conversely, inflow wind with subjected negative wind shear to the wind turbine's hub height, corresponding to LLJs higher than the turbine's hub height, can enhance wake recovery rates in downstream turbines through upward fluxes from the jet to the wake area. Some comparisons with LES simulations from previous studies validate FAST.Farm's ability to simulate wind farm dynamics. This underscores the potential of FAST.Farm as a valuable engineering tool for studying wind farm wake dynamics.

Low-Level Jets (LLJs), caratterizzati da velocità massime del vento localizzate tra 50 e 1000 metri dal suolo, svolgono un ruolo cruciale nella raccolta dell’energia eolica a causa delle loro elevate velocità del vento. Con l’aumento delle dimensioni delle turbine eoliche, la comprensione delle dinamiche LLJ diventa sempre più importante. Questa tesi indaga l'impatto delle altezze LLJ sulla dinamica della scia all'interno dei parchi eolici. Lo studio esamina la dinamica della scia, comprendendo il deficit di velocità della scia, il suo tasso di recupero, il diametro e la meandro, in diverse condizioni di wind shear soggette all'altezza del mozzo della turbina eolica risultante da diverse altezze LLJ rispetto all'altezza del mozzo della turbina eolica. Nello specifico, vengono analizzati gli afflussi con stress di wind shear positivo, neutro e negativo soggetti all'altezza del mozzo della turbina eolica per indagare i loro effetti sui flussi di trascinamento verso il basso e verso l'alto verso l'area di scia a valle delle turbine eoliche. Utilizzando FAST.Farm come strumento ingegneristico, vengono condotte simulazioni per studiare il comportamento della scia del parco eolico. I risultati indicano che il vento in ingresso con wind shear positivo soggetto all'altezza del mozzo, associato al nucleo LLJ più alto dell'altezza del mozzo della turbina eolica, accelera i tassi di recupero della scia nella prima turbina a causa dei flussi di trascinamento verso il basso. Al contrario, il vento in entrata con wind shear negativo sottoposto all'altezza del mozzo della turbina eolica, corrispondente a LLJ superiori all'altezza del mozzo della turbina, può aumentare i tassi di recupero della scia nelle turbine a valle attraverso flussi ascendenti dal getto all'area della scia. Alcuni confronti con le simulazioni LES di studi precedenti convalidano la capacità di FAST.Farm di simulare la dinamica dei parchi eolici. Ciò sottolinea il potenziale di FAST.Farm come prezioso strumento ingegneristico per studiare le dinamiche della scia dei parchi eolici.