中尺度模式+CFD技术+激光雷达,助力分散式风电快速投资和发展

更新时间:2021/4/28      浏览:

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近年来,电网对风电消纳能力的不足,一定程度上也制约了绿色风电的快速发展。这时,分散式风电开发便成为一种行业趋势,主要以“就地消纳”为建设目的,且具备较好的收益率。


多数分散式风电项目不具备立塔测风的条件,却迫切需要提高大范围风资源评估的精度和速度,于是中尺度数值模拟在风能评估中逐渐被广泛应用。


什么是中尺度模型?具体来讲它是小于天气尺度、大于单个积云尺度的天气气象系统,其水平尺度一般约2km至2000km,持续时间则为几天。


二战后,气象预报技术及计算机技术高速发展,美国科研机构遂对各种气象模式进行了规范统一,并于2000年开发出了WRF模式。


中尺度数据模式WRF其数据来源有气象卫星遥感数据、地面气象站观测数据及测风塔实测数据,先对这些数据同化、分析,再求解,以此得到对应区域的中尺度气象数据。

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因此,分散式风电项目不需要立塔测风,直接采用中尺度大气模式就可以进行风资源评估,利用历年的气象卫星遥感数据,就可以考虑局部气候的差异影响。


但因中尺度大气模式分辨率较粗,无法考虑到微观地形的影响,这时就应结合CFD降尺度技术,来满足风电场选址的工程精度需要。


CFD(计算流体力学)技术,其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程,得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布,从而近似地模拟流体流动情况,即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。


所以,CFD方法可逼真模拟复杂地形三维风场的大气流动,故运用CFD方法进行风资源评估,既能获取到无测风地区的风资源状况,还对风电场的选址具有一定指导作用。


但CFD技术同样有缺点,它在一定评估区域内是可以提高分辨率,但却考虑不到大范围小气候异化的影响。

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好巧,CFD技术的优点正是中尺度数值模式的缺点,而它的缺点正是中尺度数值模式的优点。


于是,两者实行强强联合,彼此互补,就可成为风资源评估更有效的办法。


结合两者优势,我们先采用中尺度大气模式获得风场大范围的低分辨率的风资源评估结果;再基于CFD技术,对中尺度低分辨率计算结果进行降尺度处理,以此获得微观尺度的高精度风资源分布。


如此这般,已是完美!


事实证明:


利用中尺度大气模式+CFD降尺度技术,可在无测风塔或测风塔资料不足情况下,获取到高分辨率的区域风资源分布,不但能解决风电场测风塔代表性不足的问题,还能有效提高分散式风电场的盈利能力。


但应对地形异常复杂的风电场,采用中尺度模式+CFD技术来进行风资源评估时,仍存有一定误差。

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实际上,风资源建模是有局限性的,因建模网格、地图分辨率、稳定度、森林模型、尾流模型等都会对风资源评估结果产生影响。


诚然,若要精细化评估风能资源,还需要更多手段、耦合技术,比如激光雷达测风、更高精度的测风设备、信息化平台等举措。


激光雷达因其可移动性、大量程(30-300米)、高精度(低对流层<1m/s,中高层<3m/s)、高时空分标率(urad量级)等优势,可多点位加密测风,来修正这种模型所带来的的误差。


伴随测风技术的不断完善,相信雷达测风会使风资源评估更加明朗起来。

 

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