使用Wrf-fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟

王姝1, 2 刘树华2,† 陈建洲3 胡菊1 冯双磊1 马玉龙4 缪育聪5

ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis - - Contents -

1. 中国电力科学研究院新能源与储能运行控制国家重点实验室, 北京 100192; 2. 北京大学物理学院大气与海洋科学系, 北京100871; 3. 中国民用航空局空中交通管理局航空气象中心, 北京 100122; 4. Department of Civil & Environmental Engineering, Washington State University, WA 642910; 5. 中国气象科学研究院, 北京 100081; † 通信作者, E-mail: lshuhua@pku.edu.cn

摘要 为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式 WRF (Weather Research and Forecast)和 Fitch 尾流模型进行模拟实验。结果表明: 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游 4~10 km 处,对下风向风速的削弱强度可达 −0.2~−1.2 m/s。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大; 正方形紧密排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传, 因此稳定大气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、向外耗散的特征, QKE (湍流动能的两倍)随着高度增加而先增至最大值(>19 m2/s2), 再减至 0 左右, 之后趋于稳定, 最大值出现在约离地 90 m 的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地 1.1 km 的高度。关键词 风机尾流效应; WRF; Fitch; 大气不稳定度; 风速削弱; 湍流动能中图分类号 P404

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