丘陵地区风电场风资源分布特性研究

发布时间：2020-08-04 13:04

【摘要】：近年来随着风电行业的深入发展,风能的开发利用受到人们广泛的关注,风电场建设的速度急剧增加,风资源特性分析作为风电场建设前期的一项重要工作,其对风电场的建设和风电场的经济效益起决定性作用。目前较为成熟的风资源评估手段都是以平坦地形为模型建立的,而我国内陆大部分地区是山地和丘陵地带,这些地带在风资源评估中称为复杂地形。当气流经过山地丘陵等(复杂地形)地区时,由于地形地貌特征的变化引起来流风速发生绕流现象,使得山地周围的流场分布特性尤为复杂,所以以平坦地形为模型的风资源评估方法并不适用于复杂地形的风资源评估。目前对于复杂地形下风资源的评估技术并不太成熟,所以如何对复杂地形风资源分布做出精准评估是复杂地形风电场开发利用关键技术之一,对于山体而言山体坡度和山体表面植被覆盖程度是影响山体流场分布的两个重要因素。因此研究如何对复杂地形风资源做出精准评估,并分析不同地形,地貌特征等因素对山地流场影响非常有必要。本文分别采用机理分析、数值仿真、风洞实验和工程案例分析等方法对典型丘陵地形下风资源分布特征进行研究。首先根据我国地形地貌特征建立了横截面为余弦的典型丘陵山地模型,由经典流体力学势流叠加理论和源板块法建立了丘陵地形绕流数学模型,并结合MATLAB平台编写风速计算程序,对不同高宽比下丘陵迎风坡风速计算分析;其次利用ANSYS软件建立山地风速场计算域,选用SST湍流计算模型,采用指数分布的入口风速对山地流场进行仿真计算,根据仿真计算结果分析不同高宽比和不同地面粗糙度下山地丘陵迎风坡流场变化特征;然后根据相似理论建立了三种丘陵山地物理模型,在内蒙古工业大学风能太阳能省部共建重点实验室能源基地B1/K2低速风洞的闭口段搭建实验台架,采用高频PIV三维粒子测速技术在来流风速为6.5m/s时进行实验分析;最后采用ANSYS软件对内蒙古某典型丘陵地形风资源特征进行计算分析,得到以下结果:1.建立了基于经典流体力学势流叠加理论和源板块法绕流数学模型。2.在MATLAB平台下设计开发典型丘陵地形风速计算程序。3.总结了不同坡度下典型丘陵迎风面风能要素变化特征。4.分析了不同下垫面(地面粗糙度)下山地丘陵风能要素变化规律。5.利用风洞实验验证典型丘陵地形下风资源的分布特征变化规律。6.对内蒙古梨花镇某典型丘陵地形风资源分布进行实例分析研究。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614
【图文】：

直方图,风电,装机容量

限并不能满足人类可持续发展的愿望，根据（IEA）统计，未能源需求量将持续增长，因此传统能源将远远不能满足社会需快速发展所需要的能源消耗，人们越来越多的开发和利用一些其中风能作为清洁能源的一种它具有分布广、储存量大、无污。早在几千年前已经开始利用风能例如：船舶的航行、提水灌溉着科技的发展人类开始大规模的利用风能进行抽水蓄水、供暖尤其是近几年来由于工业迅速的发展，能源消耗过大，环境污题的出现，风电做为清洁无污染的可再生能源而受到广泛的关事会（GWEC）统计的截止到 2016 年年底装机容量达到 486015 年增长了 12.5%，我国在 2016 年年底风电装机容量达到 1球装机容量的34.7%,相对于2015年装机总量增张了16.1%[1]，16 年新增和累计风电装机容量直方图如图 1-1 所示，从图中可国的累计风机装机容量一直在增加，每年的新增装机容量一瓦。

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内蒙古工业大学硕士学位论文可达 10 亿千瓦。我国的有效风功率密度分布如图 1-2 所示，于 200W/m2地区主要集中在三北地区（东北、华北、西北）、岛屿和海上地区，有效风功率密度在 100~200 W/m2之间地区区和青藏高原北部[2]。我国在风能开发及其利用早期，在风资址方面主要关注风资源丰富（风功率密度大于 200 W/m2）和年来随着风电行业的迅速发展和我国地形地貌的分布特征，人形风能的开发及其利用。

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建立二维丘陵模型其图形如图2-1 所示 H 为山顶到地面的高度，即山顶高度；L1 为山顶到山坡 H/2 高度处的水平距离半坡长度；H/L1 为高宽比即山体的坡度。图 2-1 山地模型示意图Figure 2-1 Mountain model diagram本文主要关心余弦模型下来流风速经过丘陵山地时流场分布特性，所以将山体物理模型以 y轴为界线分为两个区域，x 负半轴与 y轴正方向的区域定为①区，x 负正半轴与 y 轴正方向的区域定位②区，在山地模型建立时根据 L1、L2 和 H值的不同进而设计不同高宽比的山地模型。山体的高宽比（H/2L1）不同对风场产生的加速效益也不一样，为研究水平风加速因子和垂直相对风速随山体高宽比的变化趋势，本文分别选取三种不同高宽比的山地模型，表 1 为不同坡度山地模型的基本参数。表 2-1 山地模型基本参数Table2-1 Basic parameters of mountain model模型 1 模型 2 模型 3H（m） 100 100 100L1（m） 50 75 1002.2 丘陵山地绕流数学模型的建立2.2.1 流体力学绕流机理分析2.2.1.1 势流叠加理论已知不可压、无旋流动的拉普拉斯二阶线性偏微分方程，其表达式如下[30]： 2 = 2 x2+ 2 y2+ 2 z2=0 （2-5）由于线性方程的解满足叠加原理

【参考文献】