湖南大学李正农:沿海风力发电机组尾流特性及上风向建筑物对机组发电量影响的研究

能见APP 2021年10月20日 3738

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日下午召开的风资源精细化评估论坛上,李正农,湖南大学教授/博导李正农发表了题为《沿海风力发电机组尾流特性及上风向建筑物对机组发电量影响的研究》的主题演讲。

以下为演讲实录:

李正农:我今天主要是讲题目“沿海风力发电机组尾流特性及上风向建筑物对机组发电量影响的研究”。都是用无人机测的,这是我们的提纲,不详细讲了。

首先是研究工作基础,主要有无人机搭载超声风速仪,当时我们实测地点就是在北京延庆对40米高测风塔的数据进行比较,总体来说准确度该是不错的。

拟合风剖面精度比较高,脉动风特性参数较为接近于测风塔的实测值,这是具体的实测场地,有一些图风场风速这些东西。

尾流效应这些东西,我们国家主要是现在要实行双碳目标,风力发电要大幅度增加,所以说我们有很多问题需要解决,首先测风的问题,包括新建的风场和已有的风场。

现在有一些实测或者计算的例子,或者尾流模型都是有一点的,但是真正的实测情况还是比较少的,所以我们要开展这方面的研究。

这里头有这个问题,主要是利用数字模型或者风速实验,对微观选址,风能利用效率进行研究。我们还发现,这是别人说的,说高深建筑对于风场发电效率有影响,所以我们也做了一些这方面的研究。

这里主要研究方法很多了,有测风塔,有激光雷达,已经做了PIV风洞试验,测风塔可能这个时刻比较好,下个时刻风向一变没法测了,再就是激光雷达,它测量的数据是比较全面的,但是也有一些问题,再就是PIV的风洞试验也有一些问题,它尺度太小了,因为研究空气动力学实际上来说这个尺度效应影响是非常明确的,可以说是非常大的。

 主要研究的问题,一个就是沿海风力发电机组的尾流效应。我们具体是采用两台六旋翼无人机在温岭市某风电场,前面一台,后面一台,来流和尾流进行分析研究,得到来流和尾巴风火面,这是实测地点,这个风场一字型排布,不像西北地区很多风场,一个风场中间很密,它就是一排,有它的好处相互之间干扰比较小,但是我们当时就想找一个机会测处理前面风过来之后,经过第一个风机看看尾流怎么样,再到第二个风机,再到第三个,结果他始终方风向没有出现,而且现在新冠肺炎局势比较扑朔迷离,我们搞个把月就赶紧撤退了,怕滞留在那里。

 一个是在风力机里70米长时间测风,另外一台无人机固定在不同的高度给测处理。垂直风剖面的一些实测,这是垂直的。还有水平的风剖面。然后我们看右边这张图,是我们测出来,它这个地貌是接近于结构荷载规定的A类地貌,指数是0.12。

这是尾流风速,这是不同距,0.5D,1D,2D,2.5D测处理的,它对风速的削减还是很明显的,特别在比较近的2.5D范围之内还是比较明显的,这里头还是有另外一些问题,比如说上面那个地方的风速也有降低。

这是平面的,是这么一个情况,当然近处和远处不一样,总得来说就是这个样子。

基本上来说可以根据这些实测数据,根据回归和数据修正,基本上得出一个平均风速的数值。水平平面尾流特性,基本上是这个样子,然后这尾流特性进行分析,我们实际上测的比较远,测到了多少米,测到了800米,这样的话基本上就是这个样子,然后第二个问题,上风向建筑物发电量的影响,我们正好做风电场,当时我们跟风电场厂长讨论这个问题,最近几年发电量明显下降,原因就说,那边主要是北风或者东北风,也有西北风,北面正北方向搞了一个小区,看看到底有多大的影响,我们就做了这方面工作,这个图就是这个小区,我们测了一下,这个小区建筑的上方向它的一个风火面和下方向的风火面,当然这里头也有一个问题,它并不是正好是那个方向,但是总体也是差不多的。

算出来了来流剖面地面粗糙度0.1516,尾流跑面地面粗糙度值为0.2026,这个影响就很大了。所以说发电厂就有明显的影响,因为具体的发电量这不好说,但是我主要做建筑抗风的,相差一类风场,C类风场和B类风场之间,基础的检例大概一类风场相差30%,这就很大了,所以它有大概百分之十几二十的影响,那样应该来说还是比较靠谱的,所以它这个功率我们估算一下大概损失40%。

总结和展望,我们发现利用无人机搭载风速仪的风力机尾流风特性实测方法可行的,通过无人机搭载现场实测,得到了平均风速剖面,当然我们下一步一个是测风手段,和传统的手段相融合,还有数字模拟手段融合起来,正进一步推进这个工作,谢谢大家。

(根据速记整理,未经本人审核)