4 边坡地形风电场风资源评估方法与应对方案-20241021-黄智.pdf

1、追风登岭，提质增效边坡地形风电场风资源评估方法与应对方案汇报人：黄智2024年10月21日目录CONTENTS01背景概述问题分析02评估方法03应对方案04背景概述1.1 工程现状3山地风电场中边坡现象较为常见：涉及湖南、湖北、江西、广东、广西、安徽、贵州、四川、云南、重庆、浙江、甘肃等12个省市区山地风电场，约占比10%15%的项目。地形因素产生原因：施工成本的控制，道路修建的难度等导致边坡的形成。大型化叶片机组的选取，加剧了叶尖与地面距离的缩小，部分项目在设计时甚至出现扫到边坡的情况。行政界限、生态红线、压覆矿、林地等政策限制导致机位点的调整和可选范围缩小。风电行业的快速发展，复杂地形风

2、电项目也成为风电开发的重点区域。工程建设机组选型政策要求造成的影响：湍流增加、风速变小、切变增大：原有地形改变，沿山体坡面流动的气流发生分离，微观风况发生改变，风电机组风轮扫掠面内风况发生变化，机位点来流风呈现紊乱状态，风电机组的载荷显著增加，从而影响风电机组发电量和安全性。41.2 行业评估方法现状定向综合风加速因子风向偏转等环境湍流、入流角地形图文件机位坐标测风塔坐标测风数据功率曲线RANS(k-l)，解耦计算背景场入口(10m，平坦地表，z0=0.05m)发电量湍流度解析尾流模型及湍流度模型轮毂高度处1:2000一个完整年以上10min问题分析2.1 仿真计算5以WT为例，其采用雷诺时均

3、方法，通过单方程 k-l 湍流模型进行求解计算；得到风加速因子后，再通过解析模型进行综合计算，求取发电量和湍流强度结果。62.1 仿真计算 流动细节：DNS LES RANS 计算量：DNS LES RANS72.2 地形仿真平台设计地形建模网格设置地形建模主要集中在风场主体结构特征上，采用等比例网格，未考虑风场建设前后局部地形改变带来的影响，无法量化评估高边坡等微地形特征对机组安全性和发电量的影响。难点 平台形式多样化设计：单平台边坡的高程、平台形式（全切、半切、双平台）、边坡的方向、坡度设计等；及多机位平台同步设置。机位及边坡位置网格划分时，进行局部自动分层加密。82.3 发电量计算风轮平

4、面离散取点示意图 工程方法 存在问题 除竖直方向的入流角外，不同高度水平方向的扭转角（目前尚未考虑）；致使气流不均匀，导致风轮盘面气动不平衡，机组性能降低。风轮面等效风速：复杂地行下，风轮盘面内流场不规律，出现诸如负切变、水平切变、正负切变交替等现象。而传统CFD计算基本采用正切变计算，容易出现误估。风速风向分布拟合方式、风速风向分辨率等默认参数设置对年平均风速重现精度不足。评估方法3.1 流体仿真计算9类别行业方法本标准方法差异点及效果湍流模型k-l单方程模型k-两方程模型增加一个原始方程，提升计算精度机组模型解耦（尾流解析模型）解耦/耦合（致动盘/致动线模型）迭代计算增加一个原始方程，由解

5、耦计算变成耦合计算，提升计算精度平台不支持切平台支持多平台切割考虑风场建设前后局部地形改变带来的影响，提升了边坡情况下的仿真精度和准确性，进一步评估边坡等微地形特征对机组安全性和发电量的影响粗糙度森林冠层模型/壁面函数非均匀粗糙度考虑切平台对局部粗糙度的影响热稳定度Businger-Dyer 相似性函数（强稳定条件失效）FullRF(自研)解决稳定条件下风速垂直梯度高估，湍流强度低估的问题网格划分等比例网格局部分层加密在保持计算效率的情况下，提升目标区域的仿真精度建立完整的仿真计算体系并实现验证和应用，兼顾计算效率的情况下，有效提升流体仿真精度。103.1 流体仿真计算边界条件具体求解CFD仿

6、真计算时长及步长设置网格分层加密113.2 边坡影响区划分出发点：不同来流情况下，由于边坡效应的影响，不同区域的年平均风速、风切变和湍流存在明显差异。尾流影响示意图尾流分界线及风速曲线示意图W扇区风速曲线示意图边坡机位点基准面内区域划分边坡影响扇区范围判定确定不同来流风向下，边坡扰流区的影响范围。为流体仿真计算中，网格加密区域的确定提供支撑。可为不同工况下边坡应对方案的选择提供理论支撑。应用：风参提取、网格加密、发电量计算、载荷计算、边坡应对方案的选择。作用：123.3 风参提取边坡扰流区内各高度年平均风速边坡地形