基于CFD的复杂地形风电场微观选址技术研究

发布时间：2017-10-23 09:30

  本文关键词：基于CFD的复杂地形风电场微观选址技术研究

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【摘要】：能源是经济和社会发展的重要基础,新能源是未来能源发展的重要方向,风能作为新能源重要的一部分,截止到2015年底,我国风电累计装机容量1.45亿kW,占全球风电装机容量的33.6%。根据“国家十三五规划”初步成果,预计2020年我国风电装机容量超过2.5亿kW,风电作为新兴能源未来仍然保持高速发展。随着风力发电的飞速发展,风速相对平稳,建设条件和运输条件也相对较好的平坦地形的风电场址基本开发完毕,一些复杂地形(如山脊、山谷、垭口、悬崖、森林覆盖等)地区由于加速效应更好,对这些复杂地形的风电场开发力度越来越大,相关的研究也在逐渐的深入。复杂地形会使大气边界层流动产生绕流、涡流以及分离甚至回流发生,导致风速差异较大,湍流强度加大,入流角超过设计值,从而影响风力发电的效率,影响风机的安全运行,降低风机的寿命。因此,微观选址在复杂地形风电场开发中就变得异常重要。本论文主要采用基于CFD(计算流体力学)理论的软件模型研究微观选址所重点关注的发电量和风机安全性。当前商用的风电场CFD软件多采用RANS模型(雷诺时均模型),该模型为时均计算,对于涡流的模拟效果相对较差,特别是在复杂地形风电场中,微地形条件下,软件计算风速会产生不同程度的高估或低估,如冲沟、垭口地形,软件往往低估,在分支山脊、迎风坡、障碍物风影区又会高估。在当前技术条件下,可行的方案是在软件计算结果的基础上通过总结经验,微地形条件下慎重分析风能资源情况,减少机位布置风险,另外对上网电量相对较差的风电场(如满负荷小时数平均2120h以下)进行不确定性评估是非常有必要的。本论文采用CFD模型对风电场进行建模分析,系统进行了CFD计算结果与实际运行数据的对比研究,评估了软件计算的适应性,总结了复杂地形下特别是微地形下的成风规律,可以进行不同地形下CFD计算的结果风速高估或低估的判别,初步形成了一套评估风电场CFD计算结果误差的方法,这一建设性的成果应用在微观选址设计中可以有效规避风险,提高微观选址的质量。
【关键词】：微观选址 风能资源 复杂地形 CFD计算 风电场
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 选题的背景11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 风电场微观选址13-14
• 1.3.1 复杂地形14
• 1.3.2 微观选址14
• 1.4 研究问题的内容及其意义14-17
• 1.4.1 本论文研究的主要内容14-15
• 1.4.2 本论文研究的主要意义15
• 1.4.3 本论文研究的创新点15-17
• 第二章 风电场微观选址基本理论17-31
• 2.1 微观选址的原则和方法17-18
• 2.1.1 微观选址原则17
• 2.1.2 微观选址方法17-18
• 2.2 风能资源评估18-23
• 2.2.1 测风18-19
• 2.2.2 数据分析19
• 2.2.3 空气密度19
• 2.2.4 平均风速19-21
• 2.2.5 风向21
• 2.2.6 湍流21-22
• 2.2.7 极端风速22-23
• 2.2.8 其他23
• 2.3 风电场微观选址计算模型23-30
• 2.3.1 CFD计算模型23-26
• 2.3.2 建模计算26-30
• 2.4 风电场微观选址结果不确定性评估30-31
• 第三章 复杂地形风电场微观选址设计建模及计算31-53
• 3.1 微观选址工程实例31-37
• 3.1.1 项目概况31-33
• 3.1.2 风电场建模33-37
• 3.2 风况参数分析37-44
• 3.3 机组的安全等级44-52
• 3.3.1 平均风速44-46
• 3.3.2 极端风速46-49
• 3.3.3 湍流强度49-50
• 3.3.4 机组选型结果50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 复杂地形风电场微观选址合理性评估53-71
• 4.1 CFD软件计算结果与实际比较53-60
• 4.2 微地形条件下CFD软件适应性分析研究60-65
• 4.3 局地区域设计规律65-67
• 4.4 复杂地形条件下发电量不确定性研究67-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 复杂地形条件下风机的布置优化研究71-77
• 5.1 优化方法71
• 5.2 应用示例71-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-87
• 在学期间发表论文87

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本文编号：1082670