风电场中风力机间相互影响的研究

近年来国内风电事业发展势头强劲,风电场装机容量也逐年增加,2008年,我国新增风电机组5130多台,装机容量624.6万千瓦,新增装机增长率为89%。2009年风电装机容量新增量达到1200万千瓦,新增量位居全球第一位,预计2010年的风电装机容量新增量还将在1000万千瓦左右。截至2009年底,我国风电并网总量累计将达到1613万千瓦时,仅内蒙古地区的风电设备容量就超过了500万千瓦。在风电场的建设过程中,风电场中风力机组的布置是首先要解决的问题,也是建设过程中十分关键的第一步,直接关系到风电场经济效益的好坏。风力发电机组之间的间距若太小,则沿空气流动方向,上游机组对下游机组将产生较大的尾流影响,导致下游风力机的发电量减少。同时,由于湍流的尾流的联合作用,还会引起风力发电机组的损坏,降低使用寿命。因此,需要根据风能的分布、机组特性、风场地形地貌和土地征用等因素对风电场进行优化布局,最大程度的利用风能资源和土地资源,实现风电场发电量和效益的最大化。 本文通过理论分析与实验相结合的方法,开展了在主导风向上上游风力机对下游风力机影响的研究,同时对风电场中风力机的优化布置方法进行了研究,确定了风电场中如何对风力机进行布置才能有效减少风力机间的相互影响,取得了风电场中风力机优化布局的方法方面的初步研究成果,具体内容如下: (1)对相邻两台风力机之间的相互影响进行研究,在设定的边界条件下对相邻两台风力机之间的流场进行建模,通过使用CFD软件对流场进行分析后得出相临3D-8D距离下风力机之间流场的静压、速度和涡量分布,从而得出相邻风力机之间影响的定性化的结论; (2)运用基本的动量定理分析单台风力机的尾流效应,在对边界条件进行合理假设的情况下对尾流效应进行数学描述,并将所得算式进行简化,得到尾流效应计算的简化算式,接着分析了尾流交汇区内的风速的计算方法,最后用风力机模型进行风场实验,对比尾流计算模型与实际数值的符合程度,验证由CFD软件得出的定型化结论。 (3)通过实验验证,在实地选用两台风力机模型,在风向和风速稳定的情况下进行风速测定,由此可以进一步验证由CFD软件得出的定性化结论以及推导得出的数学关系式。 (4)运用上述所得结论在实际风电场中进行风力机组的布置,计算风电场发电量,并与目前常用方法进行对比,总结风电场优化布置的方法。本论文成果可对平坦地形风力机的布局提供一定指导作用。