基于监测数据的陆上风机尾流损失分析

准确评估尾流影响对风电场设计和运行具有重要意义。文章以某陆上风电场的3台风电机组A,B,C为例,以机组A的实测风速数据作为输入,基于Jensen尾流模型对机组A产生的尾流进行了计算,并将计算结果与可能受机组A尾流影响的机组B,C的SCADA数据进行对比分析。研究发现:在文章研究的风向上,机组B未受机组A尾流影响,机组C受机组A,B所产生的尾流影响,存在一定风速损失和功率损失;当来流平均风速为14.3 m/s时,基于Jensen尾流模型计算得到的机组C的平均风速损失率和平均功率损失率分别为15.4%和2.6%,依据SCADA实测的平均风速损失率和平均功率损失率分别为26.3%和11.0%。

海上风电场运行期尾流损失分析

[目的]为了充分认识海上风电场运行过程中的尾流效应,对风电场布局设计中的模拟计算结果进行验证,探索海上风电场的风机尾流损失变化规律。[方法]以华南地区某海上风电场为测试场址,选用PARK模型进行尾流模拟计算,对模型中的参数进行优化并进行实际发电量验证。[结果]结果表明:PARK模型用于海上风电场尾流模拟可以基本反映风机实际发电情况;在某风向上风机间距为7D情况下,主风向尾流损失在第2排后的分布规律呈现较为稳定的状态,约为首台风机的30%。[结论]PARK尾流模型能够较好的模拟近海风电场尾流损失和进行发电量计算,模型参数选择应根据项目实际情况进行敏感性测算。

基于场级偏航控制的风电场尾流敏感性分析

偏航偏转控制有利于减小风机尾流效应,通过场级偏航协调优化减小尾流损失,可使风电场总发电量达到最大化。采用FLORIS尾流代理模型,以各风机偏航角为优化对象,风电场总功率最大为优化目标,进行场级偏航寻优。针对不同风机间距、纵列个数、湍流强度、来流风速和来流风向等多个维度,对比分析了偏航优化对尾流损失及功率提升的敏感性。结果表明:当风电场排布间距小于5D、风机纵列大于3台且仅需优化前5排、纵列机位连线与风玫瑰图主频风向夹角小于15°、风场湍流小于0.1、来流风速位于风机“切入风速+2 m/s”至“额定风速+2 m/s”区间时,场级偏航控制对于尾流优化效果最佳;若仅采用单机偏航控制风向,前排风机保留3°~5°偏航误差有利于风电场整体的发电收益。

基于工程尾流模型的风电场发电量评估

基于WAsP-Park1、WAsP-Park2、Park-Gauss和Bastankhah这4种工程尾流模型,对比了风电场中单一风向下风电机组的风速差异,并分析了工程尾流模型、尾流衰减因子、尾流速度亏损叠加方法、邻近风电场等因素对风电场发电量计算结果的影响。研究结果表明:1)同一风电场中,单一风向下,Park-Gauss模型计算得到的风电机组尾流速度亏损最大,WAsP-Park2模型的次之,WAsP-Park1模型的较小,Bastankhah模型的最小。2)不考虑邻近风电场的影响时,WAsP-Park1模型和WAsP-Park2模型计算得到的目标风电场的尾流损失基本一致;但考虑邻近风电场的影响时,WAsP-Park2模型的计算结果比WAsP-Park1模型的计算结果增大约3%~5%。同一工况下,与WAsP-Park1模型的计算结果相比,Park-Gauss模型的计算结果约为其1.5倍,Bastankhah模型的计算结果约为其0.4倍。3)对任意工程尾流模型而言,同一工况下,尾流衰减因子越小,目标风电场的尾流损失越大;尾流衰减因子每减小0.01,计算得到的目标风电场尾流损失的增幅基本在10%以上。4)当考虑邻近风电场的影响时,对于目标风电场的尾流损失而言,直接求和法的计算结果最大,平方和开根号法的次之,最大值法的最小。因此,对风电场进行发电量评估时,要综合考虑邻近风电场、尾流衰减因子及尾流速度亏损叠加方法的影响。

基于多尾流模型的大型海上风电场扩容试验研究

[目的]文章旨在研究大型海上风电场的最佳规划容量设置。[方法]针对某1 GW容量的单个规划场址,利用3种不同单机容量机型与3种海上风电场尾流模型,结合海上风资源图谱开展同场址逐步扩容至2GW的一系列数值试验,并对全场发电量、尾流影响与边际效应进行分析。[结果]结果显示,随着机型的单机容量增大,扩容过程中全场实际发电量增幅越高,尾流损失增长越慢,兼顾机组安全性与投入产出比的有效扩容区间越大;但尾流模型选择可能影响有效扩容区间评估结果。[结论]文章研究表明,在满足现有用海指标、风电机组安全性与工程经济性等多重约束下,单个场址的最佳规划容量可以略高于现有基准值,在今后海上风电千万千瓦级基地规划中,应科学细分并合理设置单个场址的规划容量。

风电场常用工程尾流模型对比与分析

介绍了Jensen模型、Frandsen模型和Gaussian模型3种尾流模型的推导假设条件和计算公式,建立基于环境湍流强度的统一尾流模型参数设置方法,并对不同湍流强度下的尾流基本特性进行分析,进一步采用风电场实测数据对3种尾流模型进行验证和分析。结果表明:Jensen模型和Gaussian模型适用于风机间距9D~10D(D为叶片直径)以内的尾流模拟,Frandsen模型适用于风机间距较大(>10D)的风场尾流模拟;通过实测数据验证,Gaussian模型模拟结果最好,能够较好地模拟径向尾流分布和最大尾流损失情况。

考虑尾流效应对风电场机组布局的影响分析

尾流效应的存在会导致风电场下风向风能减少,流场湍流度增加,进而影响风电场中位于下风向风机的效率和风轮的使用寿命。文章对尾流效应研究现状进行了概述,利用WASP软件以及风资源数据进行风电场模拟计算,将上下游风机之间间距以及上下游风机连线与主导风向的偏向角作为风机定位坐标,建立了分别由2台、3台、4台风机组成的模型并进行计算。比较在不同风机布局的情况下,风电场内每台风机和风电场的年净发电量以及尾流损失值随风机布局的变化趋势。对比计算结果得出风电场机组布局中风机之间的最佳间距和偏向角的定量值,确定风机尾流效应分析在风电场内机组布局中的重要性,为优化风电机组布局以及提高风电场风能利用率提供理论依据。

基于尾流试验的风电场装机容量估算方法

结合对我国风电场装机容量的现状分析,指出风电场装机容量的确定受政策及主观因素影响较大,缺乏有效的技术手段支持。提出了一种装机容量估算的思路,即:以控制风电场平均尾流损失为目标,由风能资源决定风机排布,继而由风机排布来估算装机容量。为此,基于风机风能利用效率相近的特点,通过引入参考风机并进行尾流试验,给出了在不同风速下风电场风机的推荐排布方式,根据风机额定功率与直径平方的关系,得出了一定技术安装高度上单位面积区域内装机容量的估算方法。结合我国风能资源评估国家标准,给出了对应不同风功率密度等级的场址区域,其50 m高度上单位面积可装机容量的推荐值。提出的估算方法可为风电场建设前期进行装机规模的确定提供参考。

平坦地区风电场间尾流影响的计算分析

风资源的分布具有区域性,大中型风场在这些区域往往就会集中成片分布,风场间的相互影响就不可避免地出现。通过在学习风场的周围,假定参考风场8扇区均匀分布的方式,着重研究了距离和分布方位对于风场尾流值的影响,通过分析对比得出以下结论:1)随着距离增加,参考风场对学习风场尾流值影响越小,随着距离的增加,尾流值相对误差的衰减逐步减弱;2)参考风场分布方位对于学习风场影响较大,沿着主导风向的上风向分布的风场对于学习风场影响较大,与非主导风向分布的风场相比,单一风场分布时,比值在10倍左右,成片风场分布时,比值在5倍左右;3)距离相同时,成片分布风场的影响较单一分布的风场要大,平均的尾流相对误差是其3倍左右。

探析风电场群间尾流效应对于发电量的影响

风力发电项目集中式场群化发展是我国充分开发利用风能资源的模式,特别是在2019年1月平价上网政策的落地,使风电电价的大幅降低,规模经济效应使成本降低优势凸显,整个风电行业正在不断优化风场机型和排布方案,以期获得最佳发电量,做到准确、科学地评估尾流对风场的影响。一般大型风电基地都是多期逐个开发投运,不能统筹计算整个大型场群的尾流效应,在后期开发风场的风机布局中,很大程度会受到项目前期风场的尾流影响。同样,后期的风电场也会影响前期风电场的发电量,使前期风场发电量无法达到设计值,尾流评估的误差加大前期风场的投资决策风险。尤其随着风机叶片长度不断增加,风机尾流对发电量影响也会持续提高,因此,探析风电场群间尾流影响很有必要。

基于遗传算法的风电场微观选址优化研究

提出考虑多个风机尾迹损失与叠加的风场风速计算方法,以通过对风电场微观选址的优化来提高风能利用率。在确定的风场条件下,以风场全年总发电量最大为优化目标,各风机位置坐标为优化变量,采用遗传算法对风电场微观选址进行优化。计算结果表明,所采用的优化算法与搜索法计算结果基本一致,但效率更高,且结果与常规的梅花型风场布置方式相近;比较了风机数量对全年发电量的影响,结果显示,风电场年发电量随风机数量增加逐渐升高,但当风机数量增加至一定程度后,由于风机间尾迹损失的影响,年发电量的增加趋势变缓。研究结果对风电场微观选址具有一定的参考价值。

中小型风电测试场风力机优化布置方法的研究

针对中小型风电测试场的用途及风能资源的有效利用,提出了机位“梯形”和“分散”两种布置方案,基于WAsP软件进行两种方案下的年发电量和尾流损失计算,得出“分散布置”方案下年发电量、尾流损失均优于“梯形布置”。根据该地区盛行风向和第二主风向的特点,进行了两种不同方案的数值模拟,利用CFD数值模拟方法深入剖析尾流损失的具体原因,得出了机位之间尾流速度相互影响的关系,加入第三风向对机位作出调整,并最终得到了最优布置方案,将风电测试场的年发电量提高到了142.323 MWh,风力机的尾流损失减少到了0.219%。

民勤红沙岗百万千瓦级风电基地风机排布优化研究

文章基于经验性风机排布思路和单一风向风况下的风机排布的一般性规律,设计了风机排布比选组合,利用CFD风资源评估软件WindSim5.1,计算了各排布方案的净发电量和尾流损失。结果表明：在特定风电场微观选址中,由于风电场范围、边界条件和招标风机等不同,风机排布须经综合优化计算确定;红沙岗风机布置采用规则行列式排布方式,比选结果以5D×10D方案相对较优,在子风电场之间预留风力恢复区,间距大于20D,各次子风电场风机排数以2~3排为宜,这种排列方式发电量最大,尾流损失最小。

Fuga程序在福建省海上风电场风机布置中的应用

结合福建省莆田平海湾海上风电场F区项目设计过程中的风机布置优化过程,初步研究Fuga程序在海上风电场的风机选型、风机布置优化及发电量计算等的快捷、高效应用,对福建省海上风电场设计及建设有较好的推广价值,可为今后设计、建设同类项目开拓思路,提供一定的借鉴。

航空燃气涡轮发动机分析

应用分析方法分别对单轴涡喷发动机、涡轮风扇发动机以及采用中冷回热技术后的涡扇发动机进行了全面的分析。结果表明,单喷和涡扇发动机的尾流损是航空发动机整体损中的最大组成部分,而航空发动机的第二大损发生在燃烧室,对涡扇发动机引入中冷回热技术后,可以有效提高发动机的整体利用率,减少尾流中的损失。

块状风电场风力机布置优化分析

在块状风电场不同长宽组合条件下,利用WAs P软件对从4种不同布置思路出发建立的18种布置方案作计算对比。分析在平坦地形集中风向下,各布置方案的平均尾流损失值和年净发电量随场址范围的变化规律。对比计算结果推荐块状风电场风力机布置的最优方案,相比传统的规则性＂梅花形＂布置方案,推荐的最优布置方案无论从尾流损失还是从年净发电量方面考虑均具有优势。

小尺度数值模拟技术在海上风电场风机布置及发电量计算中的应用

该文以福建省福清海坛海峡海上风电场项目设计为例,研究CFD应用程序—WindSim软件在海上风电场的小尺度数值模拟,在较低计算成本情况下完成海上风机机型比选、风机布置优化及发电量计算等任务,可供福建省类似海上风电场设计及建设参考。