第三章 風(fēng)資源評(píng)估.ppt

1、華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),1,風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)第三部分：風(fēng)資源的評(píng)估,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),2,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)資源評(píng)估 世界能源委員會(huì)(World Energy Council)將風(fēng)資源評(píng)估分為五類： 氣象測(cè)量?jī)?chǔ)存量（Meteorological potential），它等價(jià)于可用風(fēng)能資源； 地域風(fēng)能儲(chǔ)量(Site potential），它是在前者的基礎(chǔ)上，限定了地形的因素； 技術(shù)可開發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量（Technical potential）； 經(jīng)濟(jì)可用風(fēng)能儲(chǔ)量（Economic potential），是經(jīng)濟(jì)可用的技術(shù)可開發(fā)量；

2、可實(shí)現(xiàn)的風(fēng)能儲(chǔ)（Implement potential），考慮風(fēng)力機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)能捕獲的風(fēng)能資源。 最常評(píng)估的是前三種。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),3,1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性,風(fēng)資源評(píng)估 我國(guó)氣象局根據(jù)全國(guó)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定和國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)的全國(guó)大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作大綱（發(fā)改辦能源20031287號(hào)）初步探明我國(guó)陸上距地面10米高度： 全國(guó)風(fēng)能資源總儲(chǔ)量42.65億KW， 技術(shù)可開發(fā)量2.98億KW，面積約20萬平方公里； 潛在技術(shù)可開發(fā)量為0.78億KW .,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),4,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,

3、風(fēng)電場(chǎng)選址 風(fēng)電場(chǎng)選址包括宏觀選址和微觀選址 宏觀選址 從一個(gè)較大的地區(qū)（從幾十平方公里到幾十萬平方公里的范圍），對(duì)氣象條件（風(fēng)能資源）、并網(wǎng)條件、經(jīng)濟(jì)條件、地理?xiàng)l件、地形條件、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合考察后，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富、而且最有利用價(jià)值的小區(qū)域（通常小于十平方公里） 微觀選址 在宏觀選址中選定的小區(qū)域中確定如何布置風(fēng)力機(jī)，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益 一般，風(fēng)電場(chǎng)選址需要兩年時(shí)間，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，由于風(fēng)電場(chǎng)選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)場(chǎng)址進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的費(fèi)用。因此，風(fēng)電場(chǎng)選址對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是至關(guān)重要的。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

4、,5,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,宏觀選址 原則 根據(jù)風(fēng)能資源調(diào)查與分布的結(jié)果，選擇最有利的場(chǎng)址，以求增大風(fēng)力機(jī)組的出力，提高供電的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性；最大限度地減少各種因素對(duì)風(fēng)能利用、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命和安全的影響；全方位考慮場(chǎng)址所在地對(duì)電力的需求及交通、電網(wǎng)、土地使用和環(huán)境等因素 氣象條件 風(fēng)能資源豐富區(qū)：10m高度處的年平均風(fēng)速在6m/s以上，風(fēng)功率密度大于200W/m2的地區(qū) 風(fēng)向比較穩(wěn)定的地區(qū) 風(fēng)能日變化和年變化較小的地區(qū) 氣候?yàn)?zāi)害（包括臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、積冰、風(fēng)沙、鹽霧、雷電、冰雹等）較少的地區(qū) 并網(wǎng)條件 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址要鄰近主電網(wǎng)，便于并入主電網(wǎng)，使風(fēng)電場(chǎng)投資中的線路投資較少，從而降低

5、風(fēng)電成本,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),6,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,經(jīng)濟(jì)條件 該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與對(duì)電力需求的程度 地理?xiàng)l件 風(fēng)電場(chǎng)的地理位置、海拔高度以及交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施條件等狀況，它們將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)輸、安裝和調(diào)試等 地形條件 地形條件是指風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的地形、地貌以及地面障礙物等。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址最好選在 “平坦地形”，即在4km6km半徑范圍內(nèi)，場(chǎng)址周圍地形的高度差小于50m；并且地形高長(zhǎng)比小于0.03（即3%坡度）。另外，還要考慮建筑物和防護(hù)林帶等地面障礙物對(duì)其附近氣流的擾動(dòng)作用 環(huán)境影響評(píng)估 有利方面：風(fēng)電場(chǎng)對(duì)減輕環(huán)境污染、改善當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)以及保護(hù)生態(tài)環(huán)

6、境等方面所產(chǎn)生的社會(huì)效益和環(huán)境效益 不利方面：影響附近地區(qū)的景觀，對(duì)鳥類及其它動(dòng)物生活的干擾，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的噪聲污染和電磁干擾影響等,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),7,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)功率密度 理解“風(fēng)能”，需要很好地理解“功”，“功率”和“能量” 力距離功； 當(dāng)力使物體移動(dòng)了一定的距離，就對(duì)該物體做了功 力速度功率； 功率是做功的比率，即、由施加在物體上的力與物體運(yùn)動(dòng)的速度之乘積。得到為該物體作用的功率. 風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率是通過風(fēng)繞流葉片時(shí)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力（力矩）驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)軸所產(chǎn)生的，即力矩轉(zhuǎn)速。 功率時(shí)間能量 機(jī)械能可以是勢(shì)能或動(dòng)能 一個(gè)舉起的物

7、體具有勢(shì)能；由于物體的高度和運(yùn)動(dòng)速度，釋放后勢(shì)能變成動(dòng)能，并隨速度的平方增加。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),8,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,運(yùn)動(dòng)著的風(fēng)具有動(dòng)能風(fēng)速的平方 當(dāng)風(fēng)吹向一個(gè)物體是，速度會(huì)減?。▌?dòng)能減?。o）壓力會(huì)提高（勢(shì)能提高）。導(dǎo)致可驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的作用力與動(dòng)能成比例 由于功率 力速度，所以，風(fēng)的功率與速度的三次方成比例 風(fēng)功率： P0.5*r*A*V3 A面積、r空氣密度、V風(fēng)速 這是風(fēng)所具有的能量。而風(fēng)力機(jī)最大可能吸收的風(fēng)能僅為其的16/27=0.59259(貝茨極限） 如果把風(fēng)所具有的能量全都吸收了，會(huì)發(fā)生什么？,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)

8、力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),9,1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性,風(fēng)功率密度:單位面積上的風(fēng)功率 設(shè)空氣流動(dòng)質(zhì)量流量為dm/dt，密度為，風(fēng)速（假定為均勻風(fēng)速）為U，風(fēng)輪面積為A， 根據(jù)連續(xù)方程有 （dm/dt）=AU 單位時(shí)間的動(dòng)能，即功率可表示為 P=（1/2）（dm/dt）U2=（1/2）AU3 單位面積上的功率P/A，即風(fēng)功率密度表示為 P/A=（1/2）U3 注意： 風(fēng)功率密度與空氣密度成正比。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，空氣密度為1.225 kg/m3 風(fēng)功率與風(fēng)輪掃過的面積成正比（傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑的平方） 風(fēng)功率密度與風(fēng)速的立方成正比 風(fēng)力機(jī)的輸出功率還要考慮到空氣動(dòng)力學(xué)問題以及風(fēng)輪和

9、發(fā)電機(jī)的聯(lián)合效率的影響。實(shí)際上，水平軸風(fēng)力機(jī)最大可能利用風(fēng)能約為45%。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),10,1：大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 14：平均風(fēng)特性,如果某地區(qū)的年平均風(fēng)速是已知的，可以知道年風(fēng)功率密度。更準(zhǔn)確一點(diǎn)，已知一年內(nèi)每小時(shí)的平均速度Ui，得到以小時(shí)平均的年平均風(fēng)功率密度 年平均風(fēng)速 Ke能量形式因子， N年小時(shí)數(shù)，8760。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),11,3：風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 310：風(fēng)電場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,各穩(wěn)定風(fēng)速下的風(fēng)功率密度（空氣密度=1.225kg/m3）,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),12,中國(guó)風(fēng)功

10、率密度分布(中國(guó)氣象局第三次普查結(jié)果),華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),13,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,微觀選址 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng) 在微觀選址時(shí)，僅有氣象資料提供的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)是不夠的，一般要在裝機(jī)地點(diǎn)用測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行1年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)，測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、湍流度等。 風(fēng)力機(jī)布局 在風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的排布是風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的核心。排布方式的好壞將直接影響風(fēng)電場(chǎng)的容量系數(shù)，即影響實(shí)際發(fā)電量的多少。最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排列方式，取決于風(fēng)速歷程、風(fēng)向歷程、不同風(fēng)向下的風(fēng)速值、地形地貌、風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)、風(fēng)力機(jī)特性以及塔架高度等。 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估 風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址評(píng)估決定于風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的風(fēng)資源、投資規(guī)

11、模、貸款利息、風(fēng)力機(jī)性能及電網(wǎng)負(fù)荷等因素。評(píng)估時(shí)要根據(jù)上述因素計(jì)算風(fēng)電成本，并與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本比較，得出評(píng)估結(jié)論。如果風(fēng)電成本與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本比較，考慮到社會(huì)效益和環(huán)境效益，風(fēng)電成本略高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)電力成本，則認(rèn)為風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的選擇是合理的。 風(fēng)電場(chǎng)工藝布置 在風(fēng)電場(chǎng)微觀選址后，要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃，繪制風(fēng)電場(chǎng)工藝布置圖,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),14,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)的測(cè)量 為進(jìn)行精確的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組微觀選址，現(xiàn)場(chǎng)所安裝的測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量一般不能少于2座，若條件許可，對(duì)于地形復(fù)雜區(qū)應(yīng)該為4-8座. 測(cè)風(fēng)塔應(yīng)該盡量安裝在最能代表并反映風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的位置. 測(cè)

12、風(fēng)應(yīng)該在空曠地進(jìn)行，盡量遠(yuǎn)離高大樹木和建筑物，在選擇位置時(shí)要充分考慮地形和障礙物的影響. 如果測(cè)風(fēng)塔必須安裝在障礙物附近，則在盛行風(fēng)的下風(fēng)向與障礙物的水平距離應(yīng)不少于該障礙物高度的10倍處安裝 如果測(cè)風(fēng)塔必須設(shè)立在樹木密集的地方，則至少高出樹木頂端10米 每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址只需按一套氣壓和溫度傳感器，其塔上安裝高度為2-3米,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),15,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),16,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng) 風(fēng)力機(jī)吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)氣流的擾動(dòng)，在下游形成尾流區(qū) 尾流區(qū)內(nèi)的速度要經(jīng)歷衰減和恢復(fù)的

13、過程； 尾流區(qū)會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的功率輸出和結(jié)構(gòu)疲勞 尾流模型 尾流模型是描述風(fēng)力機(jī)尾流結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，用于計(jì)算風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)的速度分布和風(fēng)電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出 目前使用的尾流模型有半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型和用數(shù)值計(jì)算方法建立的尾流模型，數(shù)值計(jì)算方法是通過求解N-S方程得到的 主要介紹幾種半經(jīng)驗(yàn)的尾流模型 無粘近場(chǎng)尾流模型 簡(jiǎn)化尾流模型 半經(jīng)驗(yàn)尾流模型 AV尾流模型,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),17,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,無粘近場(chǎng)尾流模型 假設(shè)在風(fēng)力機(jī)近場(chǎng)尾流區(qū)的流動(dòng)是無粘旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，根據(jù)畢奧-薩伐定律可得到風(fēng)力機(jī)尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無量綱軸向速度 的表達(dá)式為 式中 Vc尾

14、流旋轉(zhuǎn)軸上的軸向速度； V來流速度； x = x/D，x為風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離，D為風(fēng)輪直徑； a風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因子。 無粘近場(chǎng)尾流模型只能近似用于描述時(shí)的風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)速度分布,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),18,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,簡(jiǎn)化尾流模型 根據(jù)軸對(duì)稱物體尾流理論建立的一種遠(yuǎn)場(chǎng)尾流模型，其無量綱尾流半徑 可表示為 式中 r尾流半徑； D風(fēng)輪直徑； 參數(shù)，在低湍流度下，一般取0.18； 參數(shù)， = 0.4860CT，CT為風(fēng)輪軸向力（推力）系數(shù)。 無量綱尾流旋轉(zhuǎn)軸上的速度損失vc可表示為 無量綱尾流橫向剖面上的相對(duì)速度損失vd可表示為 式中 , y

15、為橫向某點(diǎn)距風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸的距離。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),19,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,半經(jīng)驗(yàn)尾流模型 是丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室RIS發(fā)展的一種尾流模型，它主要用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)中處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出 假設(shè) 尾流初始直徑為風(fēng)輪直徑 尾流增長(zhǎng)速率呈線性關(guān)系 尾流橫向剖面上的速度是均勻的,半經(jīng)驗(yàn)尾流模型,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),20,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,根據(jù)動(dòng)量定理可得到風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)無量綱軸向速度 的表達(dá)式為 式中Vc尾流區(qū)軸向速度； V來流速度； x風(fēng)輪下游某點(diǎn)到風(fēng)輪平面的軸向距離； D風(fēng)輪直徑； k尾流衰減系數(shù),可根據(jù)風(fēng)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定；

16、 當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，上游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)k取0.075；下游風(fēng)力機(jī)的尾流衰減系數(shù)k取0.11 a風(fēng)輪軸向速度誘導(dǎo)因子，即尾流初始速度損失系數(shù)。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),21,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,AV尾流模型 是在Abramovich射流理論基礎(chǔ)上發(fā)展的一種全場(chǎng)尾流模型 它將風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)分成四個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，假設(shè)尾流增長(zhǎng)速率呈線性關(guān)系，并與機(jī)械湍流和/或背景湍流有關(guān),AV尾流模型,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),22,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,區(qū)域的尾流特性 是近場(chǎng)尾流區(qū)，從風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面一直延伸到風(fēng)輪后錐形均勻流區(qū)的末端。區(qū)域

17、的速度分布隨均勻流和外流混合區(qū)的相對(duì)大小變化而變化，其尾流增長(zhǎng)速率主要取決于機(jī)械湍流，背景湍流則有一定的影響 區(qū)域中與機(jī)械湍流相關(guān)的無量綱尾流長(zhǎng)度 可表示為 式中 區(qū)域中與機(jī)械湍流相關(guān)的尾流長(zhǎng)度； r0初始尾流半徑； 風(fēng)輪半徑； 無量綱初始尾流半徑， ， 為初始速度比， ; V來流速度； V0 初始速度。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),23,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,區(qū)域的無量綱尾流總長(zhǎng)度 可表示為 式中 由背景湍流引起的尾流增長(zhǎng)速率， 擴(kuò)散系數(shù)，與大氣湍流強(qiáng)度有關(guān)，在AV尾流模型中，大氣湍流強(qiáng)度是由Pasquill穩(wěn)定級(jí)或風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差來表示的； 區(qū)域末的無量綱尾流半徑，

18、即 風(fēng)輪后錐形均勻流半徑 可表示為 區(qū)域的無量綱尾流半徑 可表示為,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),24,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,大氣邊界層中Pasquill穩(wěn)定級(jí)、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差及d/dx之間的關(guān)系,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),25,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,區(qū)域的尾流橫向剖面上的無量綱速度可表示為 式中 參數(shù)， 。其中r2為 風(fēng)輪下游區(qū)域內(nèi)尾流半徑，r1為風(fēng)輪后錐形均勻流半徑，r為某點(diǎn) 到尾流旋轉(zhuǎn)軸的距離。,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),26,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,區(qū)域的尾流特性 區(qū)域II末的無量綱尾流長(zhǎng)度 為 區(qū)域的尾流

19、增長(zhǎng)速率與區(qū)域I一致，故區(qū)域的無量綱尾流半徑r2為 區(qū)域的尾流橫向剖面上的無量綱速度可表示為,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),27,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,區(qū)域的尾流特性 區(qū)域的無量綱尾流半徑可表示為 式中 尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無量綱化速度損失系數(shù)，即 區(qū)域的尾流橫向剖面上的無量綱速度可表示為,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),28,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,尾流區(qū)風(fēng)特性 尾流區(qū)平均速度 風(fēng)力機(jī)從空氣氣流中吸收了能量和風(fēng)力機(jī)本身對(duì)空氣氣流的擾動(dòng)，尾流區(qū)的速度有一個(gè)衰減和逐漸恢復(fù)的過程,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),29,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)

20、力問題,背景湍流度對(duì)尾流中心線上的速度影響較大，背景湍流度越大，尾流中心線上的速度越大 不同背景湍流度對(duì)區(qū)域范圍的影響很大，背景湍流度越大，區(qū)域范圍越小 在背景湍流度為0時(shí)，區(qū)域延伸到24倍風(fēng)力機(jī)直徑附近，而當(dāng)Pasquill 穩(wěn)定級(jí)C時(shí)只延伸到約4倍風(fēng)力機(jī)直徑處 背景湍流度越高，尾流區(qū)速度恢復(fù)越快,背景湍流度對(duì)尾流區(qū)中心線平均速度分布的影響,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),30,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,尾流區(qū)脈動(dòng)速度 在風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)越近的截面，脈動(dòng)速度均方根值越大， 同一截面位置內(nèi)，離風(fēng)力機(jī)軸線越近，脈動(dòng)速度均方根值越大 。 軸向和橫向的量階相同,尾流區(qū)截面

21、內(nèi)脈動(dòng)速度分布 （a）軸向（x方向） （b）橫向（y方向）,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),31,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能的影響 風(fēng)力機(jī)串列布置 指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線重合的情況 在x/D = 4時(shí)，計(jì)算得到的最大風(fēng)輪功率系數(shù)為沒有尾流影響的45%左右；在x/D = 6時(shí)，為65%左右；在x/D = 8時(shí)，為75%左右；在x/D = 16時(shí)，為97%左右，尾流影響基本可以忽略,串列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù),華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),32,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)力機(jī)斜置布置 指下游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)

22、軸線與上游風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線平行的情況 兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)軸線之間的距離W越大，尾流的影響就越小 在同一尾流截面位置，湍流強(qiáng)度越大，尾流的影響區(qū)域越大,斜列布置時(shí)尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪功率系數(shù),華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),33,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,瑞典FFA在風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量了尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)功率輸出的影響。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，風(fēng)速為12m/s情況下，當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列相距5D時(shí)，則處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)的功率輸出為無尾流干擾時(shí)的60%左右；相距9.5D時(shí)為80%左右,尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)功率輸出特性,下游風(fēng)力機(jī)與上游風(fēng)力機(jī)交錯(cuò)布置可以在很大程度上減少上游風(fēng)力機(jī)尾流的影響。這時(shí)，當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸線之間

23、的距離大于3倍風(fēng)力機(jī)直徑后，通?？梢圆豢紤]兩列風(fēng)力機(jī)之間的尾流效應(yīng),華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),34,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,尾流對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷的影響 在風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)內(nèi)，除了因氣流速度降低使下游風(fēng)力機(jī)的功率輸出減小外；還因來流湍流強(qiáng)度增加和湍流積分尺度的減小，使下游的風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)載荷增加 當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)串列布置時(shí)，處在尾流區(qū)的風(fēng)力機(jī)葉片揮舞彎矩明顯地增加，影響風(fēng)力機(jī)葉片的疲勞壽命,尾流區(qū)風(fēng)力機(jī)載荷特性,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),35,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)力機(jī)布置 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)選址后，在進(jìn)行風(fēng)力機(jī)排布時(shí)應(yīng)符合下列原則 ： 平坦地形上排布 當(dāng)場(chǎng)址

24、盛行風(fēng)向?yàn)橐粋€(gè)方向或兩個(gè)方向，且相互反方向時(shí)，則可沿盛行風(fēng)向斜置排布風(fēng)力機(jī)，前后排風(fēng)力機(jī)的間距取5倍9倍風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑，風(fēng)力機(jī)的間距取3倍5倍風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑 當(dāng)場(chǎng)址有多個(gè)盛行風(fēng)向時(shí)，則風(fēng)力機(jī)排布一般采用“田”形或圓形分布，風(fēng)力機(jī)的間距應(yīng)相對(duì)大一些，通常取10倍12倍風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑 復(fù)雜地形上排布 風(fēng)力機(jī)除了要考慮風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)外，還要充分考慮復(fù)雜地形繞流對(duì)風(fēng)力機(jī)性能和載荷的影響,華北電力大學(xué),風(fēng)能專業(yè)工程碩士課程風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué),36,3：風(fēng)場(chǎng)中的空氣動(dòng)力問題,風(fēng)電場(chǎng)軟件 國(guó)際上已開發(fā)了商用的風(fēng)電場(chǎng)軟件，如WAsP, Park, Wind Farmer, Windsim和Windpro等，可對(duì)

25、風(fēng)電場(chǎng)選址和風(fēng)力機(jī)排布起指導(dǎo)作用; 計(jì)算流體軟件也已經(jīng)試用于風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址(如NUMECA軟件) 。 WAsP（Wind Atlas Analysis and Application Programs）軟件 由丹麥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（RIS）風(fēng)能應(yīng)用開發(fā)部開發(fā)的風(fēng)資源分析處理軟件。 功能：對(duì)某地區(qū)進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估，評(píng)估時(shí)，考慮了不同地形表面粗糙度及附近障礙物所產(chǎn)生的影響，同時(shí)還考慮了復(fù)雜地形對(duì)風(fēng)特性的地面影響；可根據(jù)某一地區(qū)的風(fēng)資源情況推算出另一地區(qū)的風(fēng)資源，這對(duì)評(píng)估那些地處偏僻、又無氣象資料記錄的地區(qū)的風(fēng)資源是非常有用的。 需要原始數(shù)據(jù)：氣象數(shù)據(jù)；地表面粗糙度數(shù)據(jù)；地面障礙物數(shù)據(jù)；復(fù)雜地形數(shù)據(jù)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線數(shù)據(jù)；場(chǎng)地參考坐標(biāo)等。 輸出結(jié)果：平均風(fēng)速；風(fēng)向玫瑰圖；風(fēng)能密度；年發(fā)電量；地面障礙物對(duì)某點(diǎn)風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)能密度和年發(fā)電量的影響。,華北電力