大型风力发电场对华北地区大气影响的数值模拟研究

作为一种清洁的可再生能源,风电在过去几十年中取得了快速的发展,目前中国风电装机容量居世界第一。虽然风机运行过程中不会造成污染或温室气体的直接排放,但会改变风力发电场区域地表状况,进而对大气形成潜在的扰动和影响。本研究利用大气数值模式WRF,结合两种风轮机参数化方案(地表粗糙度增加参数化方案和风机曳力参数化方案),探讨了中国北方大型风力发电场对大气要素(风速,湍流和温度)的潜在扰动及影响。通过敏感性实验研究表明,大型风力发电场会造成风电场内部和其临近区域风速的衰减,且冬季(1月)的衰减程度明显强于夏季(7月)。另外由于风轮机产生的湍动动能增加了空气的垂直混合,造成冬季(1月)风电场内部和下游地区在风轮机轮毂高度处和地表空气温度的上升,且轮毂处升温强度略高于地面。在夏季(7月),风轮机也导致在风电场临近区域地表和轮毂高度处的温度发生变化。考虑到风轮机在叶片转动区域产生大量的湍动动能,推断地面和轮毂高度温度升高主要是由于湍流混合增强,形成了湍流逆温效应。     

连州风力发电场防雷接地探讨

对连州风力发电场机组的防雷接地方法进行分析,找出风电场接地存在的问题,提出了降低连州风力发电场机组防雷接地电阻的有效措施,为连州山地风力发电机组防雷接地设计提供参考。     

风力发电场可行性研究阶段的风资源评价

主要阐述了风力发电场可行性研究阶段风资源评价的主要工作内容和思路。     

昌图风力发电项目主要环境影响分析

通过对昌图风力发电场工程项目的环境影响分析,得出风电类项目对环境的影响主要表现在噪声、阴影和生态等方面,并探讨了对各方面环境影响的分析预测方法及防治措施。     

层次分析法在风力发电机雷电灾害风险评估中的应用

雷电灾害风险评估是根据项目所在地雷电活动时空分布特征,结合现场情况进行分析,为雷灾事故应急方案等提出建设性意见的一种评价方法。采用层次分析法可以对风力发电机遭受雷电灾害的风险进行评价。通过雷击大地的平均密度、风机所在地的土壤电阻率、海拔高度、塔基本身的接地电阻、风力发电机的高度这5个要素,建立了评估模型,并分析了各要素对风力发电机遭受雷电灾害的影响,确定了各自影响雷电灾害风险的权重。最后以3台风机为实例,对风力发电机遭受雷电灾害的风险情况进行了排序,为工程设计与施工提供指导意见。     

基于风速高相关分区的风电场风速预报订正

为了提高风电场风速预报和功率预测的精度和准确率,并考虑风机测风数据的不稳定因素,以多年服务的内蒙古中部某风力发电场A为研究区,在勘察风电场地形及风机布局后,按照季节、风向进行风机间风速时空相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关为典型特征的风机网格分类片区,采用卡尔曼滤波方法,通过直接和间接两种订正方案,分别进行风机片区风速订正。结果表明:风速高相关风机片区的划分,对于提高风电场风速预报及功率预测精度和准确率具有一定作用,利用风电场区测风塔梯度观测风速,对风机片区进行间接订正,可有效改善数值模式预报风速,15个片区类型下相关系数由0.18~0.72提高至0.67~0.91,误差绝对值由1.6~2.9 m·s-1降低至1.0~1.5 m·s-1。     

我国西北大规模太阳能与风能发电场建设产生的可能气候效应

作为取之不尽的清洁能源,太阳能和风能将是未来潜力最大的可再生能源,是解决全球变暖、能源短缺、环境恶化等问题的有效途径。然而太阳能和风能的能量密度偏小,大规模建设太阳能和风能发电场将改变大面积的地表属性,有可能通过陆气相互作用过程,改变局地和区域气候,甚至有可能通过遥相关过程,产生更大的气候影响。本文利用RegCM4.5区域数值模式,模拟了在我国西北干旱和半干旱区域建设太阳能和风力发电场的气候效应,分析表明:（1）在西北地区大规模建立太阳能和风能发电场将导致局地地面净短波辐射增加,地表感热通量升高,近地面气温升高,增加新疆西部地区、河西走廊地区和我国黄淮等地的降水量,而华北部分地区降水减少。（2）地表反照率对气候的影响大于地表粗糙度对气候的影响,因此太阳能利用导致的气候效应大于风能利用的影响。（3）反照率改变导致低层形成气旋性环流,我国中部地区出现南风异常,西北地区产生异常东风;在高层形成反气旋环流,可以影响我国大部分地区。（4）当只在西北地区20%的面积上建立太阳能和风能发电场时,局地近地面气温不会产生明显的改变,河西走廊地区的降水稍有增加,环流的改变较弱,基本不会有显著的气候影响。     

广东省沿海风能储量及开发前景分析

目前,技术最成熟,具备大规模开发条件的可再生能源,首推风力发电。为较准确地掌握广东省沿海地区风能总储量、开发利用风力发电可装机总量和风场建设条件情况,切实做好风电场建设前期工作,推动广东风电向经济规模发展,１９９５年省计委下达了《广东省风力发电调研（资源部份）》课题。本文是该课题的部分成果。１　风能测点的设置　　风力发电场都是设置在开阔、平坦、距海岸较近、风比较大的地方。风机日趋大型化,单机容量３００～６００ｋＷ的风机塔架高度达４０～５０ｍ,为捕获较多的风能资源,发挥其最大的经济效益,今后还有增…     

基于数值模拟和统计分析及智能优化的风速预报系统

风速预报是风力发电研究中的关键问题,也是一个十分困难的问题,其预测、评估技术还有待进一步提高.在预测短期风力(提前48～72 h对每小时的风速进行预测)时,通常采用数值天气预报模型进行预测.然而,初始扰动和模式物理过程的不确定性会影响气象数值预报的精度.将为数值天气预报模式提出一种新的后处理优化方法作为主要的思路,利用数据挖掘得到的关联规则来优化气象数值预报的结果,在中尺度模式WRF对风电场风速进行预报的基础上,将模式预测与统计分析及智能优化算法相结合,针对中国风电场的气候特征,利用一种新的修正模式误差的方法,极大地提高了风电场风速预报精度,提出了适合中国风力发电场的有效风速预报系统方案.     

南澳县风机防雷技术探讨

南澳岛素有“风县”之称,自１９８９年５月成功安装了瑞典新风公司风力发电机以来,吸引了国内外客商总投资４亿多人民币,至目前为止建成了１１０台单机容量为４－３万ｋＷ的大规模风力发电场。目前,南澳县风能总公司正计划安装１８台６００ｋＷ风机,风力发电在南澳仍具有较大的发展潜力。风力发电作为再生能源的开发,在国内外愈来愈受到推崇。风力发电机一般都选择在风力资源丰富的高山地区、山梁山脊位置。风机高度高,风机中各种控制传输设备造价昂贵,易被雷击造成电力设备损坏。因此,风电场的系统防雷显得特别重要,也是国内外雷…     

基于雷电预警技术的风电设施防雷技术

风力发电技术迅猛发展,单机发电量不断增加,风电机组高度已增加到上百米,风电机组叶片遭受雷击风险也随之加大.通过雷电损害实例分析风机叶片雷击灾害机理,分析雷电击中风机叶片的形成和发展过程,总结大型风机叶片的特点和风电场的环境因素,以大气电场仪的预警数据为基础,结合前沿的等离子体防雷新技术,针对风力发电机的具体情况进行改进,提出实现风电叶片主动避雷的防雷技术构想,探索一种实现风电机组设备避雷的新思路.     

风廓线雷达风场资料质量控制初探

基于2016年2月和8月江西宜春风廓线雷达探测水平风场数据,分别利用扩展经验正交函数(EOF)分析重构法和高斯滤波法对其进行质量控制。结果发现,相比原始观测风场,EOF分析重构法和高斯滤波法均能有效过滤风廓线雷达原始风场的高频脉动。两种方法对比分析发现,对于空间尺度的瞬时扰动,EOF分析重构法质控效果优于高斯滤波法;对于时间尺度的瞬时扰动,高斯滤波法质控效果优于EOF方法。     

基于CFD动力降尺度的复杂地形风电场风电功率短期预测方法研究

复杂地形导致近地层风场时空变化大,是影响风电场短期风电功率预测准确率的重要因素。为此,基于中尺度数值预报模式和微尺度计算流体力学模式,建立了风电场短期风电功率动力降尺度预测系统。该系统由中尺度数值预报模式、微尺度风场基础数据库、风电功率预测集成系统组成,能够预测复杂地形风电场中每台风电机组未来72 h逐15 min的发电量。提高了复杂地形风场发电功率预测准确率,同时还可以在上报电网的风电功率预测结果中考虑运行维护计划和限电等因素对实际并网功率的影响。2014年7月-2015年1月的业务预测试验表明,风电场短期风电功率动力降尺度预测系统的月预测相对误差均小于0.2,满足中国国家电网对风电功率预测误差和时效性的业务要求。动力降尺度技术不受具体项目地形复杂程度和历史观测数据样本量的限制,可以在新建风电场中推广应用,具备实际的可操作性。      

Inter-comparison of long-term wave power potential in the Black Sea based on the SWAN wave model forced with two different wind fields

In this study, a long-term comparative assessment of the potential of wave power in the Black Sea was conducted using the calibrated and validated SWAN (Simulating WAves Nearshore) model forced by two well-known wind fields. The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA-Interim and National Centers for Environmental Prediction/Climate Forecast System Reanalysis (NCEP/CFSR) wind fields were used, covering data from 1979 to 2018. In general, the wave power potential based on the results of the CFSR wind field was found to be slightly higher than that obtained with the ERA-Interim wind field. The greatest discrepancy between the results of the ERA-Interim and CFSR wind fields was observed in the northeastern Black Sea. The spatial distributions of the wave power were also evaluated on a seasonal scale using wave parameters obtained from the calibrated SWAN model. The wave climate obtained from both long-term and seasonal assessments indicates that the western Black Sea, especially the southwestern Black Sea, is characterized by higher wave power potential and lower variability, while the eastern Black Sea has lower wave power potential and higher variability. Stable and powerful long-term wave conditions in the southwestern Black Sea can indicate that this region is a suitable location for wave farms. In contrast, the effect of the long-term variability on wave power is greatest in the eastern Black Sea owing to the highly variable wave conditions in this region.     

Wave-like wind fluctuations observed in the stable surface layer over a plant canopy

Observations of wind velocity and temperature fluctuations were made in the nocturnal surface inversion layer over a paddy field. A remarkable wave-like motion of about 8 min period was seen in horizontal wind speed and standard deviation of vertical wind velocity. In addition, fluctuations of horizontal wind speed and anticlockwise rotation of wind direction with a period of about 30 min were found by power spectral analysis. The phenomena persisted for more than 2 hours. Similar phenomena were also observed at a coastal site at a distance of about 10 km from the paddy field.     

风廓线雷达中风切变分析方法的初步研究

在风廓线雷达连续输出的风场时间高度显示图上,尝试进行风场的流线分析和风切变值等值线分析,以便用于识别强烈风切变区。在风场变化比较均匀时,分析出的线形分布比较平缓,而在风场变化比较剧烈的区域,风向等值线、垂直风切变等值线和流线三者一致表现出了汇聚特点,线形的分布也异常地密集,分析结果直观地反映出了风场分布的特征和危险性风切变区域,该结果有助于风切变自动识别方法的研究。     

CALMET模式不同参数化方案对江西省山地风场模拟的对比分析

通过降尺度模式CALMET不同参数化方案对江西山地风场测风塔风速风向模拟结果的对比分析,选取出适合山地风场模拟的最优参数化方案,并进行连续一年的模拟效果检验。结果表明:CALMET模式以不采用地形动力效应参数调整和Froude数调整,采用下坡气流效应调整和O’Brien垂直风速调整时,对江西省境内山地风场50 m以上高度层风场模拟效果最佳。最优参数化方案不仅能较好地模拟出山地风场测风塔逐时风速,并且对全年风速段分布模拟有较好的结果。CALMET模式能模拟出实际测风塔全年主导风向,但模拟与实测结果主导风向分布约有一个方位的偏差,主导风向频率有7%~8%的偏差。     

基于不同时间尺度风切变指数推算风资源的对比分析

利用2014—2018年辽宁省探空资料分析了水平风速的垂直风廓线分布特征。用2座代表性测风塔逐时梯度风观测分析了采用不同高度组合方案计算出风切变指数的月、日变化特征, 分别用月、小时、年风切变指数推算高层风速和风功率密度, 并与实测对比。结果表明: 沈阳相较于大连地区风速随高度增加较快, 180 m高度以上风速基本保持不变, 而大连因其纬度低且靠近海洋, 300 m以下风速均匀上升。在非复杂地形情况下, 距地面10 m高度以上间隔一定高度设立4层风观测, 基本可以满足近地层风资源评估需求。受太阳辐射、下垫面、海陆热力性质差异等影响, 辽宁省风切变指数日变化特征比月变化更显著。利用小时风切变指数推算高层风速和风功率密度的方案优于采用月、年风切变指数方案。风切变指数日变化越显著, 采用逐时风切变指数推算方案越优于其他计算方案。     

基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估

卫星反演海面风场资料能够弥补海上气象测风资料缺乏的不足,对近海风能资源评估具有重要意义。通过ASCAT(Advanced Scatterometer)风速数据与美国及中国近海岸浮标测风资料的对比分析,结果表明,ASCAT风速的均方根误差为1.27 m·s-1。比较利用近海岸浮标逐小时风速及与其相匹配ASCAT瞬时风速计算的各项风能参数,得出ASCAT与浮标的平均风速和风功率密度的残差分别在±0.5 m·s-1和±50 W·m-2以内,该残差占浮标计算结果的比例分别在±8%和±12%以内。使用ASCAT风速资料拟合的Weibull分布函数与浮标的结果较吻合。因此,ASCAT风速资料也能够为海上风能资源评估提供有用的风能参数信息。最后使用ASCAT瞬时风速数据分析了中国近海10 m及70 m高度处的风能资源的空间分布特征,结果表明,台湾海峡平均风速和风功率密度最大。