基于WRF与CFD模式结合的风能资源数值模拟研究

【摘要】：风能是一种清洁可再生且储量很大的能源,风力发电是具有很大发展潜力的成熟的可再生能源技术,现在越来越受到世界各国的高度重视,并得到广泛的开发和应用。近年来,我国致力于大规模的风电开发,风电装机总量已跃居世界第一。但是由于电网对风电消纳能力的不足,制约了我国风电的快速发展。为此,2011年国家发改委号召我国内陆地区积极开展分散式风电开发。本文的研究目的是探索可为地方政府制定分散式风电开发规划服务的风能资源数值模拟方法。 本文采用中尺度数值模式WRF与法国CFD模式Meteodyn WT相结合的方法(WRF/WT),设置两种数值模拟方案,开展了广东省海陵岛地区03年9月1日——04年8月31日水平分辨率100m×l00m的风能资源数值模拟实验研究,并对比WRF与丹麦微尺度风能资源模拟软件WAsP结合的模式系统(WRF/WAsP)的模拟结果,研究中尺度与小尺度模式相结合的数值模拟方法对复杂地形风能资源数值模拟的适用性,探索其服务于分散式风电开发发展规划制定的可行性。 结果表明WRF/WT模式系统应用于复杂地形风能资源数值模拟评估是可行的,它可以在没有测风塔观测或者测风塔资料较少的情况下,得到高分辨率的区域风能资源分布,为分散式风电发展规划的制定和风电场前期建设的选址提供科学依据。中尺度模式与CFD模式结合的数值模拟方法对区域风能资源分布趋势的模拟比单纯应用CFD模式更准确；(?)PRF/WT模式系统在制作区域精细化风能资源分布图谱上更具有优势；WRF/WT模式系统对地形平坦区域的风能资源参数分布模拟的准确率与WRF/WAsP相当；WRF/WT模式系统在风速频率分布不满足Weibull分布的情况下和陡峭地形条件下,相对WRF/WAsP有明显优势。由于中尺度数值模式的模拟误差对最终模拟结果起关键作用,需要进一步研究根据现有气象观测资料对中尺度近地层模拟风场的误差订正方法。此外,中尺度模式与CFD模式的衔接技术方法也是需要深入研究的课题。 【关键词】：中尺度数值模式 CFD模式 复杂地形 风电场微观选址 分散式风电开发
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK81
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 国内外风能资源评估技术进展12-17
• 1.2.1 区域风能资源的评估12-14
• 1.2.2 风电场开发的风能资源评估14-17
• 1.3 研究目的和主要内容17-18
• 第二章 模式介绍18-28
• 2.1 WRF模式18
• 2.2 METEODYN WT模式18-26
• 2.2.1 动力方程及求解18-22
• 2.2.2 地面条件22-23
• 2.2.3 模式初始场条件23-25
• 2.2.4 网格生成25-26
• 2.3 WAsP模式26-28
• 第三章 数值模拟方案设计28-36
• 3.1 数值模拟实验区介绍28-30
• 3.2 METEODYN WT模拟区域设置30-31
• 3.3 WRF/WT31-33
• 3.4 WRF/WAsP33-34
• 3.5 风能参数数值模拟结果检验方法34-36
• 第四章 Meteodyn WT复杂地形数值模拟效果分析36-48
• 4.1 定向计算结果分析36-37
• 4.2 METEODYN WT模拟效果检验37-40
• 4.3 不同大气稳定度条件下的METEODYN WT应用研究40-48
• 4.3.1 不同大气稳定度条件下风速垂直变化研究40-42
• 4.3.2 基于WRF模式结果的大气稳定度判断42-48
• 第五章 WRF/WT数值模拟结果与分析48-78
• 5.1 WRF模式模拟效果检验48-60
• 5.1.1 形势场的模拟效果检验48-55
• 5.1.2 WRF模式对于降水量模拟的检验55-56
• 5.1.3 WRF模式风速和风向模拟结果检验56-60
• 5.2 WRF/WT模式系统模拟结果分析60-76
• 5.2.1 Meteodyn WT模式与WRF/WT模式系统模拟结果的对比检验61-62
• 5.2.2 三种模拟方法对比62-76
• 5.3 WRF模拟结果的订正试验76-78
• 第六章 结论与讨论78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

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