第三章 風(fēng)資源評(píng)估.ppt

華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(zhuān)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(wèn)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(lèi) 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(kāi)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(kāi)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(zhuān)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(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 2003 1287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(kāi)發(fā)量2 98億KW 面積約20萬(wàn)平方公里 潛在技術(shù)可開(kāi)發(fā)量為0 78億KW 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)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(wàn)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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?chē)匦蔚母叨炔钚∮?0m 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(niǎo)類(lèi)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(zhuān)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(wèn)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(guò)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(guò)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(wèn)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(zhuān)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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(shù)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(shù)木密集的地方 則至少高出樹(shù)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(zhuān)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(wèn)題 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)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(guò)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(guò)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(wú)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(zhuān)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(wèn)題 無(wú)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(wú)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(wú)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(lái)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(wú)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(zhuān)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(wèn)題 簡(jiǎn)化尾流模型根據(jù)軸對(duì)稱(chēng)物體尾流理論建立的一種遠(yuǎn)場(chǎng)尾流模型 其無(wú)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(wú)量綱尾流旋轉(zhuǎn)軸上的速度損失 v c可表示為無(wú)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)題 根據(jù)動(dòng)量定理可得到風(fēng)力機(jī)尾流區(qū)無(wú)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(lái)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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(wú)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(wú)量綱初始尾流半徑 為初始速度比 V 來(lái)流速度 V0 初始速度 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)題 區(qū)域 的無(wú)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(lái)表示的 區(qū)域 末的無(wú)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(wú)量綱尾流半徑可表示為 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)題 區(qū)域 的尾流橫向剖面上的無(wú)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(zhuān)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(wèn)題 區(qū)域 的尾流特性區(qū)域II末的無(wú)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(wú)量綱尾流半徑r2為區(qū)域 的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)題 區(qū)域 的尾流特性區(qū)域 的無(wú)量綱尾流半徑可表示為式中 尾流旋轉(zhuǎn)軸上的無(wú)量綱化速度損失系數(shù) 即區(qū)域 的尾流橫向剖面上的無(wú)量綱速度可表示為 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)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(guò)程 華北電力大學(xué) 風(fēng)能專(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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(méi)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)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(wú)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(zhuān)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(wèn)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(lái)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(zhuān)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)題 風(fēng)電場(chǎng)軟件國(guó)際上已開(kāi)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室 RIS 風(fēng)能應(yīng)用開(kāi)發(fā)部開(kāi)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(wú)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)