复杂地形风场的精细数值模拟

风能是一种重要气候资源,随着我国风电规模的迅速增大,发展风能资源评估系统和风功率预测系统已成为一项重要的研究内容。国内外对复杂地形风场结构的数值模拟有大量研究,随着计算机能力增强,以往用于空气动力学精细流场计算的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模式越来越多地在气象领域得到应用,人们开始研究用中尺度预报模式和CFD模式结合进行复杂地形风场的数值模拟。本文的耦合模式系统采用中尺度气象模式(WRF),通过嵌套网格到内层尺度(一般是几公里),然后通过耦合CFD模式Fluent软件获得高分辨率(水平30~100 m,垂直150 m高度以下10 m)的风速分布资料,得到精细化的风场信息。通过对鄱阳湖北部区域和云南杨梅山复杂地形的风场模拟,提供了风能评估和预报的一种可行的方法。     

基于WRF和CFD软件结合的风能资源数值模拟试验研究

运用中尺度数值模式WRF与法国CFD软件MeteodynwT相结合的方法（WRF／WT）,进行了广东省海陵岛地区的水平分辨率100m×100m的风能资源数值模拟试验,采用海陵岛上7座测风塔观测资料对WRF／WT模式的模拟风场进行误差检验,并与WRF／WAsP模式系统对单点风能参数模拟误差进行对比,研究WRF／WT模式系统在风电场微观选址和分散式风电开发利用中应用的可行性。结果表明：中尺度模式与CFD软件结合的数值模拟方法对区域风能资源分布趋势的模拟比单纯应用CFD软件更准确;WRF／WT模式系统应用于复杂地形风能资源数值模拟评估是可行的,其对区域风能资源参数分布模拟的准确率与WRF／WAsP对2km范围内风能资源参数模拟的准确率相当;WRF／WT模式系统在风速频率分布不满足Weibull分布的情况下和陡峭地形条件下有较好的模拟效果,相对WRF／wAsP有明显优势。今后需进一步研究中尺度模式与CFD软件的衔接方法,以及对中尺度模式模拟结果的误差订正。     

WindSim软件在复杂地形风电场风能资源评估中的应用

复杂地形的风能资源评估研究对于风电事业的发展具有极为重要的意义。作者利用基于计算流体力学(CFD)方法的风能资源评估系统软件WindSim对我国复杂地形新疆托克逊县境内某风电场2007年的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行对比分析。模拟结果表明,WindSim软件对我国复杂地形地区平均风速的模拟能力比较好,10m、40 m、50 m、70 m高度的月平均风速的平均相对误差分别是12.91%、10.21%、9.68%、12.91%。同时,WindSim软件不仅可以较为准确地模拟出该区域2007年的主导风向,而且对该年的有效风速频率的模拟效果也很好。此风电场风能资源模拟试验说明,该地区具有十分丰富的可供开发利用的风能资源,进一步说明WindSim软件对我国复杂地形地区的风能资源评估工作具有很好的参考和应用价值。     

风能模拟系统WEST在中国风能数值模拟中的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统(WEST)进行中国风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10 m的中国风能分布图谱。将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,结果表明,WEST在中国中东部海拔较低地区的模拟能力较好,平均相对误差<20%,但对于中国西部高原的模拟结果不理想,相对误差达到了60%以上,说明WEST系统对中国西部高原的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好地应用于中国风能资源评估工作。     

风能资源数值模拟系统WEST在新疆地区的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统WEST进行新疆风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10m的新疆风能分布图谱,并将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,说明了WEST对于新疆大部分地区的模拟能力较好,但对新疆南部盆地高原边缘地区的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好的应用于中国风能资源评估工作。     

基于实测风场和CFD的城市建筑风能资源模拟评估

利用2012年吉林省气象局两栋办公楼之间的风场观测资料,与2012年长春气象站风场的观测数据进行了对比分析。结果表明:城市两栋楼办公楼之间通道处存在狭管效应,对风具有汇集作用。利用CFD技术(Fluent软件)对两栋办公楼周围风场进行模拟,结果表明Fluent模拟的风场与实测风场基本吻合。由模拟风场计算的年平均风功率密度可知,办公楼中间风口顶部40 m高度为建筑物周围风速最大的区域,年平均风功率密度为139.0 W·m-2,具备一定风能资源的可开发性,同时证明了利用实测风场结合CFD模拟风场计算已建成建筑物周围的风能资源具有一定的可行性。     

CFD方法在贵州分散式风电场资源评估中的应用研究

该文采用CFD软件Meteodyn WT,对贵州中部某分散式风电场进行模拟,模拟时段为2013年1-12月,水平分辨率100 m,垂直分辨率10 m,通过对比实测资料与模拟数据,研究基于CFD的数值模拟方法对复杂地形风能资源数值模拟的适用性,探索其服务于分散式风电开发发展规划制定的可行性.研究结果表明该方法应用于贵州复杂地形是可行的,在没有测风塔观测或者测风塔资料较少的情况下,可得到高分辨率的区域风能资源分布,为分散式风电发展规划的制定和风电场前期建设的选址提供科学依据.     

鄱阳湖区风能资源储量及分布研究

利用鄱阳湖区4种观测站的风资料,计算了鄱阳湖区的平均风功率密度、有效小时数、年平均风功率密度、风能总储量及技术可开发量,评价了风能资源分布特征。并根据分析结果规划出了风能开发最佳期及较佳期。研究结果表明:鄱阳湖区风能资源丰富,技术可开发量约为210万kW。受狭管地形作用,该区域风向稳定,风能资源品质较优。为了给风电场的微观选址及中长期发展规划提出科学的依据,应进一步加大对风能普查及详查工作的投入;为了进行精细化风能资源测量,摸清风电场的场址分布、资源储量及装机容量,应在鄱阳湖区尤其在浅滩设置更多风能资源测量点。     

风能资源评估技术方法研究

全球性的能源危急和气候变化,驱动了风力发电在世界范围内迅速发展,搞清风能资源是大规模发展风电的关键步骤。文中首先回顾了近10年来开展风能资源评估的技术方法发展历程,阐述了数值模拟技术的应用对风能资源评估技术方法的发展所起的重要作用。风能资源的数值模拟可以给出风能利用高度上的风能资源分布;可以模拟出基于气象站观测资料的统计分析无法找到的风能资源;可以弥补海上测风资料不足的缺陷,进行海上风能资源的评估。文中运用中国气象局的风能资源数值模式系统地对江苏省和青海省的风能资源分布进行了高分辨率的数值模拟,并采用气象站观测资料对数值模拟结果进行了检验,结果表明数值模拟可以较准确地模拟区域风能资源的分布趋势,但在风速值大小会有系统性偏差,需要有测风塔观测资料对数值模拟结果进行订正,说明了数值模拟技术与风能资源测量相结合是风能资源评估的有效技术手段。最后对中国风能资源数值模拟技术的发展进行了展望,表明了中国风能资源的开发利用对自主发展小尺度数值模式的迫切需求。     

CFD方法在街巷气象场模拟和预测中的应用

为开发建立米级分辨率的城市街巷气象场模拟预测方案，以PHOENICS为例介绍了计算流体力学（CFD）方法的原理，讨论了该方法应用于街巷气象要素数值计算的可行性。提出了一种基于CFD模型与高分辨率数值天气预报模式嵌套的街渠气象场模拟预测方案，并对边界嵌套问题作了多种敏感性分析，表明嵌套对街渠气象场计算具有必要性和可行性；另外，还讨论了分辨率对计算结果和计算耗时的影响；最后，用实例介绍了本方案的应用，并讨论了本方法的应用前景。     

基于SRTM资料的小海岛CFD计算模型构建——以东澳岛为例

提出了一种利用SRTM资料构建海岛CFD计算模型的技术方法,并以珠江口的东澳岛为对象,进行了模型构建试验及边界层风场的数值模拟试验.实验结果表明,SRTM资料作为开源的资料,可有效地解析空间尺度在1 km以内数量级的海岛地形,并可以此为基础构建用于CFD模拟的计算模型,真实地刻画出岛屿的地形.利用计算模型进行的模拟试验表明,岛屿地形对风场的影响明显,且这种影响可以被计算模型有效地描述.所提出的技术未来在海岛风资源评估、风电场选址、污染扩散等领域有望发挥作用.     

集成CFD与Kalman滤波的微尺度风电场风功率预报方法

基于Kalman滤波的风功率预测方法难以捕获风电场的风力空间分布特征,集成计算流体力学CFD模型和Kalman滤波能将风资源分布纳入风力发电预报框架,对提高微尺度风能利用率有重要意义。以黄土高原沟壑区的中国华电集团公司甘肃省环县南湫风电场为研究区,首先利用CFD模拟风电场风速分布特征和划分风区,再利用Kalman滤波订正BJ-RUC模式预报的各风区长时间序列风速变化,并对比不同风区的订正效果,最终基于发电能力评估风电场的风功率预报效果与效益。结果表明:(1)风电场内部的风机均不同程度地受到复杂地形的影响,围绕"马蹄形"山梁和山谷形成明显的"阶梯式"风区,风速差最高达2.78 m·s~(-1);(2)CFD与Kalman滤波的集成订正方法使风速预报准确率由BJ-RUC的20%~30%提高到90%以上,并使风功率预报准确率达到80%以上,显著提高了微尺度沟壑区风速-风功率预报精度;(3)风电场容量因子C_P平均在12.4%~16.8%之间,弃风率η为5.5%~17.5%,表明该电场的风功率预报精度明显受其发电效益制约;(4)还讨论了风电机组监控数据采集控制系统SCADA的数据质量、CFD计算效率和能源部门决策等不确定性因素对风速分区及风功率预报的影响。     

云南风能资源及其开发利用研究进展

介绍了云南风能资源及其开发利用的研究现状和研究成果。分析了云南风能资源评价历程、分布特点和风电开发建设情况。总结了云南有关风电场选址、风能资源评估、风电功率预测预报以及山区风电场和风电机组设计的研究成果。剖析了云南风能资源及其开发利用中存在的问题并提出今后的发展方向。     

四川省风能资源详查和评估

特殊的地理位置使四川省成为风能资源贫乏区,复杂的地形条件又增加了该地区风能资源的详查评估难度。本文运用测风资料及数值模拟结果对四川省的风能资源和详查结果进行了分析研究,结果表明四川省风能资源主要集中于川西高原、西南山地和盆地周边山区,尤其是受“高空风动量下传”和“地形峡管效应”影响的山脊及河谷地区;在考虑海拔、地形坡度等不利风能开发要素后,四川省潜在风能开发区位于凉山州境内;详查结果也表明凉山州东部、南部存在3级风能资源丰富区,可作为重点开发区域。      

酒泉地区风能资源开发优势度分析

运用新一代中尺度模式WRF对酒泉部分地区进行了风场的数值模拟。结果表明,WRF模式对复杂地形条件下的风场具有较好的模拟能力,也能较好地模拟出地形对风速的影响。在此基础上,结合GIS技术在空间信息处理方面的优势,综合考虑各种地理要素的影响,对酒泉地区风能资源进行精细化研究,分析风能资源开发的优势度,发现(1)研究区域具有非常丰富的风能资源,较丰富区以上地区的面积将近达到研究区域的一半;(2)丰富风能资源区与该地区的地形有很好的对应关系,主要处于有地形狭口效应的区域;(3)最有利于风能资源开发的区域在玉门镇以南至昌马,这一片区域的地形平坦,风能资源丰富,又是戈壁,非常适合建设大型风力发电场。这些显示了酒泉地区风能资源开发的优势度分布,能为风电场的选址提供参考。     

江苏省沿海风能监测和评估情况调研报告

按照规划,到2010年,江苏沿海将建成风电装机容量150万千瓦,占全国风电总装机容量20％以上的风电场;为了争取自己的风电项目早日获得国家发改委批准,各地政府、企业纷纷开展风能监测和评估,扰乱了正常的风能监测评估工作,给沿海风能开发留下了许多隐患。气象主管机构只有依据《中华人民共和国气象法》等法律、法规加强风能监测和评估工作的管理,才能保证风能事业的健康、有序发展。     

多作业管理方式在风能资源数值模拟中的应用

通过对MM5和CALMET风能资源数值模拟耦合模式的计算流程分析,基于并行运算思想,设计了MM5和CALMET耦合模式模拟运算的多作业管理方式。在浙江省风能资源高分辨率数值模拟试验中,完成浙江区域1个月时间段的风能资源参数模拟运算,MM5和CALMET耦合模式在实施多作业管理方式前后,CALMET模式的运算时间由原来的1501.2 min缩短为149.5 min,运算时效提高了9倍;整个耦合模式的运算时间由原来的1709.9 min缩短为358.2 min,运算时效提高了4倍。数值模拟试验证实了多作业管理方式可在现有计算资源的基础上,大幅提高数值模式的运算时效,且随着数值模式模拟时间段的加长和模拟区域范围的扩大,多作业管理方式对数值模式运算功效的增强越加明显。     

高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探

针对现有气象测站分布数量有限, 尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状, 对数值模式在风能资源评估中的应用进行了尝试。首先利用TAPM数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算; 然后利用同步的气象站观测资料对风速模拟结果进行统计释用订正处理, 提高了模式计算结果的准确性和可靠性; 最后得到了分辨率为3 km的上海全年平均风速和风功率密度分布信息。这些结果为上海地区风能资源分析评估及风电场规划选址工作提供了科学依据, 同时也说明将统计释用的数值模拟结果应用到风能资源评估工作中是可行的。     

“新疆风能资源详查和评价”工作将全面展开

6月18日上午,由自治区发展和改革委员会能源处、财政厅、兵团发展和改革委员会能源处及新疆气象局等单位的领导和专家组成评审小组,对新疆气候中心编制的《风能资源详查和评价项目实施方案》进行了评审。评审中,新疆气候中心陈洪武主任分别对“风能资源测风观测建设专项”、“风能资源数据库专项”、“风能资源数值模拟专项”和“风能资源综合评估专项”4个专项做了汇报,     

广东省风能资源的计算及分析

本文利用广东省气象台站的风速自记资料,计算风能资源,并分析风能资源的分布特点及规律,得到的结果是沿海岛屿风能丰富,内地风能贫乏,冬半年风能条件比夏半年好。按全省风能蕴藏量可划为三大区:沿海岛屿为风能丰富区,沿岸为风能可利用区,大陆内地和海南岛五指山区为风能贫乏区。