中国风能开发利用的风环境区划

基于大气边界层气象和气候学理论分析以及中尺度数值模拟,采用秒级探空气象资料和典型地形激光雷达观测资料,依据风能利用高度内总体风能资源开发潜力,划分出9个风环境区。年平均风能环境指数最高的风环境区是北方通风廊道,其次是东北平原,最低的是青藏高原下游地区。发现在稳定大气条件下,风能利用高度内的平均风速垂直变化呈两层分布形态,下层平均风速随高度的增速比上层大2～5倍。下层风速的垂直变化取决于地表特征,上层则受上游大地形造成的局地环流影响,由此形成不同风环境区风能资源特性的差异。最后给出构建不同地形条件下平均风廓线计算方法的建议。结论可为中国风能资源评估理论拓展与数值模拟、风电场选址和适用复杂地形条件的风电机组设计提供科学支撑。     

地形复杂的风电场资源评估误差分析方法

由于计算模型本身的限制,风能资源地图分析与应用程序(WAsP)不能准确模拟复杂地形中风的流动变化情况,用其评价复杂地形风电场的风能资源时存在一定误差.目前,主要采用RIX方法来评估WAsP在复杂地形中的风速预测误差,长期以来一直缺少根据风速预测误差来评估风电场发电量预测误差的有效方法.文章在RIX方法的基础上,对WAsP应用于复杂地形风电场发电量预测的误差进行了研究,结合工程实践提出了一种发电量误差评估方法;根据某风电场实际发电量数据对提出的评估方法进行了验证,证明其有效性和实用性.     

台风过境风电场的CFD数值模拟方法研究

以台风烟花过境沿海陆上风电场期间,风电场内特别是风电机组位置的风速、风向和湍流强度的微尺度分布及其随时间的变化为研究对象,基于中尺度WRF模式的模拟结果建立CFD计算域的边界条件,建立台风大气边界层风速、风向廓线参数化模型,以及考虑中尺度热带气旋和台风边界层内卷效应的风场CFD计算模型。算例结果表明,所建立的台风大气边界层风场CFD计算模型可反映台风大气涡旋在风电场微尺度范围的流动特性,风电机组轮毂点的计算风速和实测的机舱风速符合较好,表明所研究的方法可进一步应用于台风影响地区风电场内风电机组台风风险的精细化评估,开展考虑台风风险的微观选址优化等。     

复杂地形条件下风电场风能资源评估研究-以西南某风电场为例

对于复杂地形条件下的风电场风能资源评估,不能只局限于对测风塔及气象站资料的评估。本文通过讲述复杂地形条件下风能资源评估基本流程,利用已有的测风塔资料和先进的流体力学软件,对风电场进行风能资源分布研究,为进一步合理开发风电场风能资源提供了有利的技术支持。     

基于ArcGIS与多因子模型的风力发电场选址评估

基于地理信息系统，研究并提出一种基于ArcGIS与多因子模型的风力发电场选址评估方法，以实现对不同地区风能资源空间分布情况、开发适宜性和理论发电量的有效评估，进而为风电场的选址提供理论依据。首先，基于不同地区的风资源气象数据，通过引入地形、道路等地理限制因素，提出一种多因子模型，以实现对不同地区风能资源开发适宜性评估。然后，基于10 m高度处的风速分布，通过风速外推得到80 m高度处的风速分布，进而用于评估80 m高度处的风能理论发电量。最后，综合上述开发适宜性和理论发电量评估结果，可较为准确地给出计及风速、风功率密度、地形、道路等多因子模型的风电场选址建议。结果发现：风电场选址主要集中在西北部、东北部以及内蒙古等地。     

基于中微尺度耦合模式的风电场风资源评估方法研究

针对传统风资源评估方法采用假设的入流风廓线模型而无法考虑宏观大气环流对风电场内风流动影响的问题,文章基于中尺度WRF模式和微尺度CFD模型,研究了基于中微尺度耦合模式的风资源评估方法。首先,建立基于WRF模式的中尺度数值模拟方法和基于CFD方法的微尺度风资源评估方法;其次,研究了中微尺度数值模拟方法的耦合原理,构建了从中尺度模拟结果中提取微尺度建模计算边界附近风速廓线的方法,建立了中微尺度耦合风资源评估流程;最后,通过某复杂山地风电场进行验证。验证结果表明,中尺度模拟结果可以改善微尺度CFD模型的入流边界条件,并有效降低风资源评估的误差。     

基于热稳定度风向标准差法的风速外推模型研究

针对风能评估中外推轮毂高度处风速的问题,分析了高层风切变指数特性,建立了基于风向标准差法的风速外推模型。该模型首先剔除小于3 m/s的低风速数据及大于25 m/s的高风速数据,再利用风向标准差法对该地区风资源进行热稳定度分类,计算相应的风切变指数,并进行轮毂高度处风速推算。计算结果表明,相对于没有进行数据筛选的计算模型,推算精度提高了5.46%,加强了风能评估的准确性,对风电场的风资源评估具有一定的指导意义。     

基于中尺度大气模型嵌套CFD技术的高分辨率复杂地形风能资源评估方法研究

正过去对大范围风能资源普查基本上是基于对风能资源资料的收集、当地居民走访,凭借一定的原则和经验,进行风电场的宏观选址;经过至少一年的立塔测风后,确定前期选定的场址是否具有开发价值。传统风能资源普查方法具有较强的主观性,存在时间和资金浪费的风险。随着风电开发热点由三北风能资源丰富的大风电基地转向地形复杂和风能资源相对匮乏的地区,风电场开发难度和盈利风险增大,迫切需要提高大范围风能资源评估的精度和速度。     

中尺度风资源数值模拟试验分析

应用中尺度数值模式模拟地区的风资源状况是一种比较先进的方法。该模拟成果对大范围区域风能资源的宏观评估和风电场宏观选址具有很好的参考价值。着重介绍了WRF(Weather Research and Forecast)数值模式模拟方法,并采用该模拟方法对近海风电场的风资源进行了模拟。     

风资源评估中WindSim水平分辨率的敏感性试验

利用基于计算流体力学(CFD) 的风能资源评估系统软件WindSim,在不同水平网格分辨率条件下对我国黄土高原地区陕西靖边县境内某风电场2010年7月~2011年6月的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行了对比分析。结果表明,在低水平网格分辨率下,WindSim对风能资源的空间分布模拟主要以海拔高度为基础,对局地地形的影响并不能很好地反映,模拟风速误差较大;提高分辨率后,对风能资源空间分布的模拟能力明显提高,模拟风速的误差也显著减小。但不同分辨率下的风速频率和风向频率分布并无显著差别,不能很好地体现出风能特性。通过估算发电量发现,输入不同测风塔资料得到的发电量差异较大,说明在地形较为复杂的风电场,应多布设测风塔,以期得到较为准确的发电量结果。