WindSim软件在我国风电场风能资源评估中的应用

【摘要】： 本文运用基于计算流体力学方法(CFD)的风能资源评估系统软件WindSim对我国不同地形条件下风电场的风能资源情况进行模拟,并将模拟结果与测风塔观测数据进行对比分析,讨论了模拟结果偏差的原因,同时验证该软件对我国地形地貌和气候条件的适用能力。 首先运用软件模拟了我国复杂地形风电场的风资源情况,当采用位于海拔高度较高、狭管地带的测风塔作为计算输入场时,模拟结果表明WindSim软件对我国复杂地形风电场的有效风速(3～25m/s)频率的模拟效果比较好,对小风速段的模拟效果比较差。通过对比风向频率的模拟结果发现,软件可以准确地模拟出70m高度的主导风向。月平均风速的模拟结果表明,WindSim可以较为准确地模拟出较高层的月平均风速大小。相比较而言,10m高度的模拟结果与观测数据差别比较大。当利用海拔高度较低的测风塔作为计算输入场时得到的模拟结果表明,软件对有效风速频率、大风速频率和主导风向的模拟结果都比较好,但对小风速段的模拟能力仍然不是很理想。同时,通过对比月平均风速的模拟值与测风塔的观测值发现,软件对较高层的模拟能力都较好,模拟结果有了明显提高。由此说明,用一个地形相对简单、更具有代表性的地点的实测风况来模拟其它地点的风资源情况更有利于得到理想的模拟结果。 此外,利用软件模拟得到的复杂地形风电场区域的年平均风速分布图表明,该区域的风速分布相对来说比较均匀,大部分区域的年平均风速都达到7.0m/s以上,表明该区域具有十分丰富的可供开发利用的风能资源,而且模拟得到的平均风速分布基本上反映了该区域的地形特点。通过对比这两个高度的风速分布情况发现模拟区域内70m高度上的风速大小要稍高于相对应的50m高度处的风速值,因此在选择风机的轮毂高度时有必要通过增加轮毂高度的方法来提高风电场风机的发电量。 其次,我们利用该软件模拟了我国较平坦地形风电场的风资源情况,结果表明对有效风速频率和小风速频率的模拟结果都比较好,但是对风向的模拟结果比较差。相对于复杂地形而言,软件对于平坦地形地区的月平均风速的模拟能力更好。最后,利用软件模拟得到的此地区的风速分布图同样表明该地区风速分布比较均匀,风资源十分丰富,而且随着高度的增加风速逐渐增大。 最后,复杂地形风电场的发电量模拟结果表明该风电场适合按照4D×6D的排列方式布置风机,同时得到G52-850kW、G80-2000kW两种风机的适宜轮毂高度均为55m。通过对比位于风机列阵不同位置处的风电机所受到的16个风向的尾流影响发现,在实际工程中,风机的排列方式应该垂直与该地区的主导风向,以尽可能地减弱风机间的尾流效应。 【关键词】：WindSim 风速风向模拟 风能资源评估 尾流效应
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 世界与中国风能资源评估概况8-10
• 1.1.1 世界风能资源评估概况8-9
• 1.1.2 中国风能资源评估概况9-10
• 1.2 风能资源评估技术的研究进展10-13
• 1.2.1 世界风能资源评估技术的研究进展10-11
• 1.2.2 中国风能资源评估技术的研究进展11-13
• 1.3 研究目的和主要内容13-15
• 1.3.1 论文的研究目的13-14
• 1.3.2 论文的研究内容14-15
• 第二章 WindSim 软件及资料介绍15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 计算流体力学基本知识介绍15-17
• 2.2.1 流体运动学的基本方程15-16
• 2.2.2 流体运动方程的数值求解16-17
• 2.2.2.1 计算区域的确定16
• 2.2.2.2 迭代收敛的条件16-17
• 2.2.2.3 计算网格的划分17
• 2.3 WindSim 软件的主要组成部分17-19
• 2.4 WindSim 使用中应注意的问题19-20
• 2.5 资料的介绍20-23
• 2.5.1 测风塔的观测资料20
• 2.5.2 地形高度资料20-22
• 2.5.3 下垫面粗糙度资料22-23
• 第三章 WindSim 对我国复杂地形风电场风能资源的模拟23-36
• 3.1 引言23
• 3.2 模拟方案设计23
• 3.3 模拟结果与分析-B 为输入场23-29
• 3.3.1 风速频率分析-B 为输入场23-25
• 3.3.2 风向频率分析-B 为输入场25-26
• 3.3.3 平均风速分析-B 为输入场26-29
• 3.4 模拟结果与分析-A 为输入场29-36
• 3.4.1 风速频率分析-A 为输入场29-31
• 3.4.2 风向频率分析-A 为输入场31
• 3.4.3 平均风速分析-A 为输入场31-34
• 3.4.4 风能资源分析34-36
• 第四章 WindSim 对我国较平坦地形风电场风能资源的模拟36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 模拟方案设计36
• 4.3 模拟结果与分析-C 为输入场36-44
• 4.3.1 风速频率分析-C 为输入场36-38
• 4.3.2 风向频率分析-C 为输入场38-39
• 4.3.3 平均风速分析-C 为输入场39-42
• 4.3.4 风能资源分析42-44
• 第五章 尾流作用对风机风速和发电量的影响44-53
• 5.1 引言44-45
• 5.2 风电场风速和发电量的模拟试验45-53
• 5.2.1 风电场发电量46-49
• 5.2.2 单个风机的风速以及发电量的模拟49-53
• 第六章 结论与讨论53-56
• 6.1 结论53-54
• 6.2 有待进一步研究的问题54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 个人简介63

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