风电场微观选址软件的应用.pdf

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1、第34卷第7期工程热物理学报VO1．34．NO．72013年7月J0URNAL0FENGINEERINGTHERMOPHYSICSJu1．．2013风电场微观选址软件的应用宋梦最何仲阳陈凯张兴(清华大学航天航空学院，传热与能源利用北京市重点实验室，热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084)摘要本文介绍了本研究小组开发的风电场微观选址软件及其在日本大槌地区风电场设计中的应用文中介绍了本软件中采用的数值方法，包括复杂地形上大气流动的数值计算，以及本研究小组开发的用于快速计算风力机尾流效应的虚拟粒子模型和优化风力机布局的仿生方法。计算结果表明，该方法能够在复杂地形上生成优化的风力机布局

2、，有效地降低风力机之间的相互影响，所得到的日本大槌的风电场布局方案能够有效地满足当地住宅区的能耗需求。关键词风力发电；微观选址；尾流模型中图分类号：TK8文献标识码：A文章编号：0253231X(2013)07—1299—04ApplicationofWindFarmMicro—SitingSoftwareSONGMeng-XuanHEZhong—-YangCHENKaiZHANGXing(SchoolofAerospace，HeatTransferandEnergyConversion—TheKeyLaboratoryofBeijingMunicipality,KeyLaboratory

3、ofThermalScienceandPowerEngineeringofMinistryofEducation，TsinghuaUniversiBeijing100084，China)AbstractInthispaper，themicro—sitingso,wareofwindfarmdevelopedbyourgroupanditsappli—cationinthewindfarmdesigninOtsuchi，Japanareintroduced．Thealgorithmsinthesoftwarearedescribed，includingnumericalcalculation

4、ofairflowovercomplexterrain，andthefastturbinewakeflowmodelandturbinelayoutoptimizationapproachdevelopedbyourgroup．Theresultsindicatethatthepresentmethodcangenerateoptimizedturbinelayoutoncomplexterrain，reducinginteractionbetweentheturbines．Theobtainedwindfarmdesignsatisfiestheenergydemandoftheloca

5、lresidents．Keywordswindpower；micro—siting；wakeflowmodel0前言风能是目前最成熟的可再生能源利用形式之一。复杂地形上模拟风力机尾流的虚拟粒子模型在我国风能资源储量丰富，近年来风电行业发展迅复杂地形上，该模型根据预先计算得到的流场数据，速，2011年全国风电装机容量约为2005年的50采用虚拟物质的对流扩散运动来近似模拟风力机的倍_112J。然而在风电的开发利用中，微观选址是其尾流发展，能够比线性模型更准确地计算尾流和发中十分重要的环节。由于风力机提取了气流的动能，电功率。另外还开发了与虚拟粒子模型相结合的仿导致下游形成速度降低的尾流区，对

6、其它风力机的生优化方法[5】，可在复杂地形上对风电场风力机布发电效率造成影响。在复杂地形上，大气流动不均局进行优化。匀，尾流的影响范围和强度也会发生变形和偏差。本研究小组基于对上述尾流模型和优化算法的在对微观选址方法的研究方面，国外很多学者研究，开发了风电场微观选址软件本文叙述微利用各种优化算法对风力机布局进行优化，包括遗观选址软件中所采用的数值方法，介绍软件的功能，传算法、粒子群算法、蒙特卡罗方法、贪婪算法、模及其在日本大槌地区的风电场设计项目中的应用。拟退火算法等。由于这些优化算法需要反复对大量1风电场微观选址方法不同的风力机布局进行发电功率评估，因而需要快速地计算风力机的尾流及其对其

7、它风力机发电量的1．1风场数值模拟影响。现有的研究中广泛采用线性模型【。]来计算尾在复杂地形上进行风电场微观选址之前，需要流。该模型基于平坦地形提出，不能很好地在复杂获得风速风向的三维分布。本文采用计算流体力学地形上表达尾流的变形效果。本研究小组提出了在(CFD)方法对风场气流进行模拟。湍流模型采用标收稿日期：2013—01—10；修订日期：2013—06—21基金项目：国家863项目(No．2007AA05Z426)；