韓曉亮，孫少軍，杜燕軍，王曉林

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特 010020）

影響風(fēng)電場發(fā)電量計算結(jié)果的因素主要包括測風(fēng)數(shù)據(jù)的精度，地形圖的精度，尾流模型應(yīng)用的適宜性等因素[1-6]。本文主要就地形圖精度對復(fù)雜地區(qū)風(fēng)電場的影響進(jìn)行分析。

地形圖精度是一個涵義廣泛的概念，既涉及測圖的現(xiàn)場測量精度，又涉及到后期成圖的平面精度和高程精度，碎部點的最大測距長度等，文中的地形圖精度主要指在應(yīng)用成熟的風(fēng)電場發(fā)電量計算軟件計算時，其基礎(chǔ)地形圖的生成過程中涉及到的實測圖的測圖比例和SRTM地形圖的等高距。SRTM地形圖被廣泛應(yīng)用于社會各領(lǐng)域，在風(fēng)電領(lǐng)域中也逐步開始應(yīng)用，曾雪蘭等已將其應(yīng)用于風(fēng)電場宏觀選址，風(fēng)資源數(shù)值模擬等研究中[7-12]。

目前國內(nèi)外成熟的對風(fēng)電場年凈發(fā)電量、尾流值等計算的軟件主要包括Wasp、Windfarmer、Windsim和WT[13-15]。

風(fēng)電機(jī)組吸收了風(fēng)中的部分能量，所以風(fēng)經(jīng)過風(fēng)電機(jī)組后，其速度要有所下降。在風(fēng)電場中，前面的風(fēng)電機(jī)組要遮擋后面的風(fēng)電機(jī)組，因此坐落在下風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速就低于坐落在上風(fēng)向的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組相距越近，前面風(fēng)電機(jī)組對后面風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速的影響越大，這種現(xiàn)象稱為尾流效應(yīng)。對于一個風(fēng)場而言，一般指損失的發(fā)電量與總理論發(fā)電量的比值。在國內(nèi)已經(jīng)有一些關(guān)于尾流效應(yīng)的研究[16]。

1 計算方案

本次計算采用的代表性風(fēng)場位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市，地形為典型的淺山丘陵地區(qū)。本計算中擬采用相同的風(fēng)機(jī)布置條件下，2種不同的風(fēng)場計算范圍的10種不同精度的地形圖，不同尾流模型來計算風(fēng)電場發(fā)電量考核指標(biāo)中最重要的2個因素：年凈發(fā)電量和尾流值。10種不同精度的地形圖分別是由SRTM數(shù)據(jù)庫下載的等高距為1~7 m和9~10 m的地形圖以及1∶5000實測地形圖。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置示意如圖1所示，2種計算范圍是指：①計算的范圍只限于本期風(fēng)場的范圍（簡稱有限風(fēng)場范圍），采用了2種不同的尾流模型（PARK尾流模型和CFD尾流模型）來計算；②計算范圍適當(dāng)?shù)南蛲庋由鞌?shù)公里（簡稱擴(kuò)大風(fēng)場范圍），應(yīng)用了4種不同尾流模型來計算，分別是PARK尾流模型、修正PARK尾流模型、渦漩黏性尾流模型和CFD尾流模型。

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置示意圖Fig.1 Sketch map of the WTGS layout

2 計算結(jié)果與分析

經(jīng)計算分析后的擴(kuò)大風(fēng)場范圍條件下的不同等高距不同尾流模型下的年凈發(fā)電量和尾流值如表1、2所示。

表1 擴(kuò)大風(fēng)場范圍不同等高距不同尾流模型年凈發(fā)電量對比Tab.1 Comparison on Net AEP of different contour-line intervals and wake models over enlarged area

表2 擴(kuò)大風(fēng)場范圍不同等高距不同尾流模型尾流值對比Tab.2 Comparison on wake value of different contourline intervals and wake models over enlarged area

經(jīng)計算分析后的有限風(fēng)場范圍條件下的不同等高距不同尾流模型下的年凈發(fā)電量和尾流值如表3所示。

表3 有限風(fēng)場范圍不同等高距不同尾流模型年凈發(fā)電量和尾流值對比Tab.3 Comparison on Net AEP and wake value of different contour-line intervals and wake models over finite areas

對同一精度的地形圖應(yīng)用不同尾流模型計算的年凈發(fā)電量的結(jié)果如表1、3所示，可以看出這4種模型計算結(jié)果的趨勢是一致的，其年凈發(fā)電量由大到小的相對順序依次是PARK尾流模型，CFD尾流模型、渦漩黏性尾流模型和修正PARK尾流模型。同一精度不同模型計算結(jié)果間的最大差值大約3%。

對于同一尾流模型應(yīng)用不同精度的地形圖其計算的年凈發(fā)電量的差值都不大，最大差值大約1%。

采用不同精度的地形圖，不同的尾流模型計算得出的尾流值之間的差別很小，基本可以忽略不計。進(jìn)一步比較擴(kuò)大的風(fēng)場計算范圍和有限的風(fēng)場計算范圍之間的差別，如表4所示，可以看出兩者之間的差距非常也有限。

表4 不同計算范圍計算結(jié)果對比Tab.4 Comparison of calculation results in different areas

3 結(jié)論

1）不同的尾流模型對于地形圖精度的敏感度不同，利用PARK尾流模型計算出的風(fēng)電場年凈發(fā)電量最大；

2）不論是擴(kuò)大的風(fēng)場范圍還是有限的風(fēng)場范圍，不論使用何種尾流模型，不論何種精度的地形圖，風(fēng)電場的年凈電量以及尾流的變化都不大，主要的原因可能是地形本身變化的影響已經(jīng)超過了精度圖變化的影響。

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