第三章 風(fēng)資源評(píng)估.ppt

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) WorldEnergyCouncil 將風(fēng)資源評(píng)估分為五類 氣象測(cè)量?jī)?chǔ)存量 Meteorologicalpotential 它等價(jià)于可用風(fēng)能資源 地域風(fēng)能儲(chǔ)量 Sitepotential 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 Technicalpotential 經(jīng)濟(jì)可用風(fēng)能儲(chǔ)量 Economicpotential 是經(jīng)濟(jì)可用的技術(shù)可開發(fā)量 可實(shí)現(xiàn)的風(fēng)能儲(chǔ) Implementpotential 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 1 4 平均風(fēng)特性 風(fēng)資源評(píng)估我國氣象局根據(jù) 全國風(fēng)能資源評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定 和國家發(fā)展改革委印發(fā)的 全國大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作大綱 發(fā)改辦能源 2003 1287號(hào) 初步探明我國陸上距地面10米高度 全國風(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 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) 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4km 6km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)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)減小 動(dòng)能減小 而 靜 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 P 0 5 r A V3A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)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) 9 1 大氣邊界層內(nèi)風(fēng)特性 1 4 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 225kg 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 1 4 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) 3 10 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 中國風(fēng)功率密度分布 中國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)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)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 v c可表示為無量綱尾流橫向剖面上的相對(duì)速度損失 v d可表示為式中 y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 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 11a 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 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)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)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)軟件國際上已開發(fā)了商用的風(fēng)電場(chǎng)軟件 如WAsP Park WindFarmer Windsim和Windpro等 可對(duì)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 WindAtlasAnalysisandApplicationPrograms 軟件由丹麥國家實(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 華北電力大學(xué)