基于地面气象站的滇西地区风能资源分析

利用滇西地区德宏州1961年以来所有国家气象站和区域自动站风能观测资料,分析该区域风能资源分布情况。结果表明:德宏总体属于风速较小的地区,2000年以后年平均风速呈现逐渐增加的趋势,特别是2010年以后增速显著;春季风速最大,其次为夏季、冬季,秋季最小,风速和风向的月际变化整体比较稳定、规律,且具有定时起风的特点;风能资源整体德宏北部优于南部,西南部瑞丽地区最差,其中盈江油松岭、昔马,梁河县城和芒市江东等山顶山脊地区和喇叭口地形区为风能可利用地区,其余站点均为风能贫乏区。

面向风能开发的贺州市风特征探讨

风能是指空气流动所产生的动能。自然界的风能储量大,分布广,虽然其能量密度只有水能的1/800,但总量比水能总量大10倍,是当今社会的可再生清洁能源。大力开发利用风能,是有效应对气候变化的重要举措之一。自2004年开始,风力发电就成为所有新式能源中最便宜的发电方式之一。由此可见,风能资源在全国范围内的利用,具有广阔的研究潜力和开发前景。由于地区之间的风力存在差异,风能利用受地域影响严重。但是在对区域较小的范围进行研究时,测风塔一年的观测数据,便能有效地呈现当地风场的变化和趋势。

风电资源评估与风能利用的技术研究

针对我国目前节能减排的重大需求,对风电资源评价及关键技术进行了深入研究。在此基础上,对风力发电系统中的关键技术进行了深入研究,包括风力发电系统的结构设计、控制策略及并网技术等。此外,本文还介绍了风力发电容量的预测与调度策略。我国风电资源在空间上分布不均,潜力巨大。提高风电场设计与运行效率,大力发展风电,是我国能源结构低碳化的重要途径。

中国典型地形风能资源的湍流特征分析

选取4种风能开发利用的典型地形,对其大气边界层风场特别是湍流场的特征进行分析。通过分析不同下垫面无量纲方差与无量纲稳定度参数z/L的关系,表明均在风力机标准的湍流模型适用范围内。湍流动能随风速呈指数增长,不同稳定度下指数差异明显。湍流动能的垂直变化,除受稳定度影响外,还与下垫面有关。东海塘沿海局地平坦地形和锡林浩特平坦草原下垫面,湍流动能随高度变化较小;鄱阳湖湖陆交界复杂下垫面,近地面湍流动能明显增大,随着高度的增加,湍流动能迅速下降;河北尚义起伏的中山丘陵下垫面,地形使下层湍流动能随高度减小,上层湍流动能随高度增大。摩擦速度廓线与湍流动能廓线基本一致,但其最大值并不一定在地表附近。

“21世纪海上丝绸之路”:海上风能的宏观与微观等级区划

以风能宏观战略布局、微观精准选址对合理资源等级区划的迫切需求为牵引,本文采用Delphi法,充分考虑资源特征、环境风险、成本效益,对“21世纪海上丝绸之路”(“海上丝路”)及关键海域的风能展开了常规需求、商业开发、应急供电、用电量巨大几种情景下的宏观和微观等级区划。研究结果表明:从“海上丝路”的风能宏观等级区划来看,大部分区域的风能属于较丰富区和丰富区(风能等级期望值大于0.5),索马里近海、马纳尔湾、斯里兰卡东南近海、南海大风区为风能等级的相对大值中心。从斯里兰卡海域的风能微观等级区划来看,相对富集区分布于斯里兰卡和印度半岛之间的海峡、斯里兰卡东南部近海(风能等级期望值在0.7以上);贫乏区为印度半岛东西海岸、斯里兰卡东部近海和西南部近海。

风能和太阳能清洁能源的发展现状与挑战

风能和太阳能作为技术较为成熟且装机规模较大的可再生清洁能源,其发展是推动能源结构绿色低碳转型的关键。2023年,全球新增可再生清洁能源发电装机达510吉瓦,其中太阳能光伏发电占四分之三,成为绝对主力。得益于太阳能和风能发电装机的快速增长,全球可再生清洁能源发电量占比首次超过30%。中国风能和太阳能资源丰富,风能和太阳能可开发量分别为10.9~20.1太瓦和45.6~58.9太瓦。

基于数据分析风能发电对气候变化的减缓效应研究

随着全球气候变化问题的日益严峻,寻找有效的减缓策略成了全球性的挑战。在众多减缓措施中,发展可再生能源尤其是风能发电,被认为是对抗气候变化的关键途径之一。风能作为一种清洁、可再生的能源,具有减少温室气体排放、降低对化石燃料依赖等优势。随着技术的进步,风能发电的成本效益不断提高,成了许多国家气候变化减缓策略的重要组成部分。通过数据分析,探究风能发电在减缓气候变化方面的效应,旨在为政策制定者和相关利益相关者提供科学依据。

基于测风塔和WT数值模拟的贵州山地风能资源评估——以册亨县为例

【目的】精细化评估贵州复杂山地地形下的风能资源分布,对贵州风能资源开发利用具有重要的指导意义。【方法】利用贵州册亨县境内5座测风塔2020年11月—2021年9月观测资料及其周边气象站数据,采用基于计算流体力学模型的Meteodyn WT软件,对整个册亨县境内山地风能资源进行模拟分析评估。【结果】册亨县风资源较好的区域主要分布在中部的秧坝镇、者楼镇、丫他镇以及北部的坡妹镇和冗渡镇的较高山脊处,具备一定开发利用价值;受册亨独特的地理位置和地形地势以及季风的多重影响,册亨县风能资源有较明显的月变化特征,11月—次年5月风资源较好。【结论】基于测风塔和WT数值模拟的风能资源评估方法模拟误差较小,适用于贵州山地复杂地形下的风能资源评估。

海上风电场宏观选址与风能资源储量估算

基于高时空分辨率风能资源数据库、地理空间规划数据库、风电机组机型数据库等,系统梳理中国海上风能资源储量评估的技术方法和技术流程,初步建立海上风电场宏观选址的综合评价方法体系,并利用地理信息系统(GIS)开展中国渤海和南海海域的风能资源储量估算。评估结果显示:南海风能资源较为丰富,年平均风速6.35~9.75 m/s,渤海多年平均风速相对较低,年平均风速6.30~7.70 m/s,两大海域风能资源可开发潜力均较大。渤海100 m高度的风能资源可开发量总量为526.8 GW,其中近海风能资源技术开发量约为353 GW,深远海风能资源技术开发量约为174 GW;南海海域广东、海南100 m高度的风能资源技术开发量分别为540.8、506.0 GW,其中近海分别为177.7、41.9 GW,深远海分别为363.1、464.2 GW;北部湾海域100m高度的风能资源技术开发量总量为63.3 GW、其中近海59.9 GW,深远海3.4 GW。截至2022年底,中国渤海、南海和北部湾各省区海上风电装机容量仅为技术可开发量的1.9%。

广东省周边海域风能和波浪能联合开发潜力分析

参考现有海上风电场位置选择广东省周边海域的5处联合开发场址,基于2001—2020年的风和波浪再分析数据,从资源储量和稳定性等角度对选址开展资源特征的详细分析,并评估不同额定功率的6种风力机和6种波浪能装置在选址处的发电性能。结果表明,广东省周边海域的风能和波浪能均有明显的季节分布差异,在秋冬季节更为丰富且更为稳定;风能和波浪能具有较强的相关性;风力机额定功率越大平均发电功率越大,但容量因数随额定功率的增大呈现波动趋势;风力机的容量因数明显大于波浪能装置;综合考虑多种因素,W2E-215/9.0风力机和Wave Star波浪能装置更适合投放于所提5处场址。

基于LES方法的新型涡激振动风能采集器俘能特性分析

以所研制的涡激振动能量收集器(VIVPEHS)为研究对象,联合开源软件OpenFOAM和Matlab对大涡模拟(LES)方程、二阶范德波尔(Van der Pol’s)方程和高斯定律(Gauss’law)进行涡街振动俘能耦合计算,建立流机电耦合VIVPEHS数值模型,同时搭建并列双圆柱VIVPEHS俘能测试平台对数值模型开展实验验证。结果表明:升/阻力、压电梁位移、机电转换效率和尾流形态的预测值与实验数据符合良好。实验和计算结果表明,当圆柱直径(D)不变时,随着俘能距离(Sn)的增加,输出电压先增大后减小,在S_(n)=8D时输出电压最大;随着负载阻抗的增大,输出功率先增大后减小,存在最优负载阻抗(25000Ω),此时并列双圆柱VIVPEHS的输出功率可达72 mW,且直接点亮21只商用LED。

基于虚拟仿真实验平台的课程教学改革探索--以“风能与风力发电技术”课程为例

“风能与风力发电技术”课程是新能源科学与工程专业的专业必修课,目前的教学方式以理论讲授为主,相关实验教学受到场地及设备的限制,对学生实践能力的培养不足。为加强学生的工程实践能力,满足工程教育认证及新工科对人才培养的需求,实现教育数字化目标,该文以“MW级风力发电机组设计安装与运维虚拟仿真实验”建设为例,从建立虚拟仿真实验平台的必要性、实验平台的构成和实验方法等方面展开,为“风能与风力发电技术”课程教学改革提供新思路。

中国海风能和波浪能的长期趋势与演变规律分析

海上风能和波浪能是极具吸引力的可再生能源。在气候变化的背景下,基于ERA5再分析数据产品研究并对比了1979~2020年的中国海风能和波浪能的长期历史趋势和多尺度演化规律;采用Mann-Kendall检验和Theil-Sen方法分别量化了趋势显著性、趋势幅度和突变点。结果表明,海上风能和波浪能在气候特征和长期趋势上存在显著差异。风能的增长趋势在统计上不显著,平均增长率为每10年0.55%;而波浪能呈现强劲的增长趋势,以每10年4.8%的正向速率上升。海浪特性普遍向大波高、长周期和高能量的海况转移。不同季节和地区的长期趋势区别明显,其中冬季是风与波资源储量和趋势增长的优势季节、东海等开阔海域显示了风能和波浪能持续开发的潜力。基于这些分析结果,进一步探究了风浪能和涌浪能的时空多样性,揭示了海浪场的强化以及风波系统在能量场中的差异主要由涌浪的资源量所贡献,并受涌浪变化的调制。这些结果为海上资源评估、风和海浪气候预测以及海洋工程等众多领域提供了科学参考。

中国沿海风能年际变化的区域性特征成因及其预测

基于ERA5的逐小时100m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(NorthChina Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(SouthernSouthChinaSea,SSCS)。四个区域风能的年际变化受不同气候模态的影响,其中NCS风能的年际变化与北极涛动(ArcticOscillation,AO)有关;ECS风能的年际变化与中部型ENSO及西伯利亚高压有关;SSCS和NSCS的年际变化则和东部型ENSO及大陆高压的南北位置存在联系。鉴于影响各区域风能年际变化的气候模态具有较高的可预测性,进一步评估了多个气候模式对中国沿海风能年际变化的预测技巧。结果表明,气候模式对南中国海的风能年际变化预测技巧更高,这与气候模式对ENSO的高预测技巧有关。气候模式对北方海域风能年际变化的预测技巧较差,这和气候模式不能较好地预测AO和西伯利亚高压有关。

中国海上油气田风能资源评估

利用持续30年的CCMP分析风场数据,对中国海上油气田开发海域进行了风能资源评估。评估结果表明:不同海区的油气田风能资源分布差异较大,其中东海油气田群的海面风能资源最为丰富,风资源等级可达7级以上,海上油气平台周围10km范围内风能资源技术可开发量可达98~106万kW,风能资源稳定性最好;南海东部油气田群次之,一般可达6级以上,海上油气平台周围10km范围风能资源技术可开发量可达90~104万kW,风能资源月变化和季节变化较强;南海西部油气田群又次之,风资源等级一般可达4级,海上油气平台周围10 km范围风能资源技术可开发量可达58~78万kW,风能稳定性总体月变化较季节变化强,且区域内不同油气田风能稳定性指数数值差异较大;渤海油气田群除渤海南部及中东部外,海面风能资源大多在4级以下,海上油气平台周围10 km范围风能资源技术可开发量一般在42~58万kW之间,风能短期变化较强,月变化和季节变化较弱。相关研究结论可为我国海上油气田海域的海洋清洁能源规划与开发利用提供基础科学依据。

基于高塔数据的山区丘陵与平原湖区风能参数差异分析

[目的]为促进风能资源开发的持续健康发展,为内陆地区风能资源的合理开发及利用提供科学依据,文章重点分析山区丘陵与平原湖区主要风能参数特征及差异。[方法]选用11个塔高为90~150 m的测风塔1整年观测资料,对湖北省山区、丘陵、平原及湖区等5种不同地形形态下的主要风能参数特征及差异进行探讨。[结果]分析结果表明:(1)各塔高层风速日变幅在1.0~2.3 m/s,山区丘陵地形下变幅明显大于平原湖区,且各层变化趋于一致,均为白天小晚上大,平原湖区低层风速日变化与高层特征相反,为白天大晚上小;(2)各塔综合风切变指数在0.055~0.328之间,在山区丘陵地形下大于平原湖区,风切变指数日变幅在0.063~0.378,变化特征为白天小晚上大,平原湖区风切变日变幅明显大于山区丘陵,大风情况下的风切变在山区丘陵地形下分布较为离散,平原湖区地形下则相对较为集中,基本稳定在0.1~0.2之间;(3)各塔高层有效风速段年平均湍流强度为0.13~0.18,山区地形下大于平原湖区,各塔湍流强度日变幅在0.07~0.15,变化特征均为白天大晚上小,但山区丘陵地形下变幅明显大于平原湖区。[结论]不同地形下的风能资源特征在动力和热力作用下表现出明显的时空变化差异,分析结果可为风能资源开发利用提供指导。

平均流风能采集器声共振增强的数值模拟

平均流风能采集器利用声共振现象实现风能的采集。为了提高风能采集器的效率,应增强封闭管道侧支管的声共振。本文采用计算流体力学方法,使用ANSYS Fluent对封闭侧支管内的声共振进行数值模拟,湍流模型采用Realizable k-ɛ延迟分离涡模型模拟了不同截面形状的管道对声共振的影响。模拟结果表明:模拟可以准确地捕捉到发生声共振的流速范围;采用圆形截面管和方形截面管的等效直径方法预测声共振是可行的,且方形截面管的声共振压力脉动幅值比圆形截面管的声共振压力脉动幅值明显增大;主管道与分支管的夹角会对声共振产生显著影响,改变分支管的角度可以增强声共振,因此,有一定主管道与分支管夹角的方形截面管更有利于提高风能的收集效率。

风能光能相结合的海上浮动平台发电系统研究

设计海上风电相结合的浮动平台发电系统。该平台采用半潜式结构,并运用组合结构实现稳定性。该平台设计总质量为23 779 t,排水量为27 279 t,平台底部浮筒柱间隔为48 m,顶部为120 m×120 m×250 mm的混凝土支撑板,用来支撑总功率为2 MW的光伏板,风机为东方风10 MW海上风电机组。该结构的稳性计算结果显示:调整浮筒与压水板,得到适合稳性的方案。风荷载计算结果显示:风速为24 m/s时,对风机塔筒、风机叶片、海上平台和光伏板的总荷载为148 692 kN、96 735 kN、365 241 kN和215 847 kN。波浪载荷的计算结果显示:相位角为1.570 8时,最大Morison力为3 809.58 kN。海上发电平台的费用估算结果显示:海上发电平台的平均造价为12 479.85元/kW,低于目前行业平均造价,节约了风电平台建造的开支。

高海拔区域复杂山地地形的风能资源评估

选择四川省凉山州某高海拔山地作为研究区域,采集并处理了该区域1个气象站1981~2015年的统计数据以及该区域内4个测风塔1年的实测数据,开展风能资源评估。研究发现,该区域局部地形复杂,海拔在3530~3950 m,面积约为40 km^(2),西南风影响较大,风能资源较丰富。通过频率分析发现该区域风向稳定,WSW方向风速和风能最大。计算该区域风功率密度为2级,属IEC II/III类风电场。另外,研究表明该区域50年一遇最大风速低于IEC标准值,但湍流指数达到IEC B类,风电机组疲劳载荷影响需要评估。该研究为高原山地复杂地形区域的风电场开发提供了科学的风能资源评估方法,也为该区域的风电场设计提出了建议。

分体空调室外机废弃风能分布特征的实验研究

在我国“双碳”政策的驱动下,可再生能源地有效利用成为备受关注的话题。通过在分体空调室外机上设置不同测量点,测量室外机产生的废弃风能,获得了室外机风能在空间的分布规律曲线及拟合函数。研究表明,室外机产生的风能受测量点与空调外机风扇中心点距离的影响,随该距离的增大呈抛物线的变化规律。其可为有效回收室外机废弃风能提供相对最佳的空间位置,为可再生能源的利用提供新颖的角度。