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1、理想条件下风机布局与尾流影响试验理想条件下风机布局与尾流影响试验 报告人：涂波报告人：涂波 指导老师：邓院昌指导老师：邓院昌 老师老师报告内容研究背景1试验内容2小结3下一步工作4研究背景 具有良好风能资源的可利用土地有限，而现代风电场的建设规模巨大，单个风电场装机台数可达数百台，因此对于占地面积给定的风电场，如不考虑风机间尾流的相互影响，则风机数量布置越多，风电场发电量越大。 实际上,当风经过风机后，由于风机吸收了部分风能转化为机械能，导致风的强度会有一定程度的减弱，这就是所谓的尾流效应。随后，在周围气流的作用下，风速会逐渐恢复。风机布置过密，导致经过上游风机后风来不及恢复，到达下游风机时风
2、速过低，造成下游风机发电量明显减少。风机布置过疏，浪费可利用的土地资源和丰富的风能资源，增加电缆铺设成本。在选定风机的单机容量后，对风电机组合理布置，是提高风电场经济效益的重要设计环节。风电机组布置基本原则风电机组布置基本原则 1 根据风电场的风向玫瑰图和风能玫瑰图确定盛行风向及风电场的主导风向，风机排布应与主导风向垂直。2 根据风电场的地形条件，充分利用土地资源，合理布置风电机组之间的行列间距，尽量减少风机间的尾流损失。3 考虑风电场的送变电方案以及风机的运输和安装条件，应尽量缩短输电线路长度，方便风电机组的运输和安装。 基于风电机组布置的基本原则，本报告以WAsP软件为分析工具，分析一块2
3、000m2000m，高程为10m，均匀粗糙度为的平坦开阔区域。在此区域上排布9台型号相同的风机，风机型号及性能参数如下图所示：实验内容实验内容观测站风数据观测站风数据风电场的发电量风电场的发电量和尾流损失和尾流损失Wasp软件计算过程软件计算过程周围障碍物数据周围障碍物数据风电场地形数据风电场地形数据风电场粗糙度风电场粗糙度风机性能参数风机性能参数 实验一 假定盛行主风向只有一个方向，风力发电机组采取矩阵式排列，如下图所示：主风向风向玫瑰图风向玫瑰图4D6D 当平均风速为6m/s时，分别对风电机组采取 4D6D,4D8D,4D10D,5D6D,5D8D, 5D10D, 6D6D,6D8D,6D
4、10D 排布。4D6D排布布置方案4D6D5D6D6D6D实际发电量（MWh）尾流损失（%）3951.94230.833972.15930.483975.36730.42布置方案4D8D5D8D6D8D实际发电量（MWh）尾流损失（%）4332.40823.934351.37923.64366.70823.34布置方案 4D10D 5D10D 6D10D实际发电量（MWh）尾流损失（%）4618.93418.454683.22517.314698.05517.06各种排布方案下风电场发电量和尾流损失如下表所示：实验结果：实验结果：改变风机间的列距，风电场尾流损失变化不明显。改变风机间的列距，风
5、电场尾流损失变化不明显。改变风机间的行距，风电场尾流损失变化明显。改变风机间的行距，风电场尾流损失变化明显。结论：结论： 风机间的尾流效应，主要对平行于盛行主风风机间的尾流效应，主要对平行于盛行主风向下游风机产生影响，而对垂直于盛行主风向上向下游风机产生影响，而对垂直于盛行主风向上风机之间影响较小。风机之间影响较小。实验二 假定盛行主风向只有一个方向，在排布面积相同的条件下，风力发电机组采取两种不同的错位式排列，如下图所示：主风向主风向错错排排1错错排排2 当平均风速为6m/s时，分别对风电机组采取4D6D,4D8D,4D10,6D6D,6D8D, 6D10D的6种方案的两种错位式排布。通过W
6、AsP软件计算得出两种错位式排布下各布置方案的风电场发电量和尾流损失，如下表所示：错排146484106668610实际发电量（MWh)尾流损失(%)5216.38.75017.711.94904.713.45311.47.045398.35.235401.24.65错排246484106668610实际发电量(MWh)尾流损失(%)5336.66.595108.710.34971.712.224806.915.865056.711.225469.23.45正排46484106668610实际发电量（MWh)尾流损失(%)3951.930.834332.423.934618.918.45397
7、5.430.424366.723.344698.117.06实验结果：实验结果：同等行列间距，风电机组错位排布比矩阵式排布受同等行列间距，风电机组错位排布比矩阵式排布受 到的尾流影响明显减小。到的尾流影响明显减小。风机错位排布时，风电场发电量的大小不一定与风风机错位排布时，风电场发电量的大小不一定与风 机间的行列距变化成比例。机间的行列距变化成比例。结论：结论：在风机行列距相同情况下，应优先考虑风机错位式在风机行列距相同情况下，应优先考虑风机错位式 排布方案。排布方案。在风机错位式排布时，应结合土地资源等因素，具在风机错位式排布时，应结合土地资源等因素，具 体分析各种风机排布，合理选择风电场发
8、电量较大，体分析各种风机排布，合理选择风电场发电量较大， 土地占用较少的方案。土地占用较少的方案。实验三 假定盛行主风向为均匀风向的时候，显然，风电机组采取矩阵式排列或者错位式排列对风机间的尾流损失影响不大，对风电机组采取矩阵式排列，如下图所示：风向玫瑰图风向玫瑰图均匀风向下的风机矩阵式排布图均匀风向下的风机矩阵式排布图 对单个风机的占地面积进行考虑，选择5D5D ,6D6D,7D7D ,8D8D ，9D9D 5种方案进行布置，并且结合6m/s-10m/s的风速的变化情况，通过WAsP软件计算出风电场总的尾流损失情况，计算结果如下表所示：55667788996m/s14.84% 12.14%1
9、0.1%8.74%7.5%7m/s13.87% 11.41%9.51%8.12%7%8m/s12.16%9.95%8.25%6.98% 5.98%9m/s9.69%7.78%6.36%5.32% 4.52%10m/s7.01%5.54%4.48%3.72% 3.14%排布排布风速风速8%风速（m/s)尾流损失（%)实验结果：实验结果： 在同等行列间距的风机间，随着风速的逐渐增大，在同等行列间距的风机间，随着风速的逐渐增大，风机间的尾流损失将逐渐减小。风机间的尾流损失将逐渐减小。 在同等风速条件下，增大单个风机的排布面积，在同等风速条件下，增大单个风机的排布面积，风机间的尾流损失将逐渐减小。风机
10、间的尾流损失将逐渐减小。结论：结论： 当风经过风机后，风的恢复能力与风机的间距当风经过风机后，风的恢复能力与风机的间距和风速的大小成正比。和风速的大小成正比。 当盛行主风向为均匀方向时，应结合土地资源当盛行主风向为均匀方向时，应结合土地资源等因素，选出最优的布局方案。等因素，选出最优的布局方案。小结u 当盛行主风向只有一个方向时，风机矩阵式排布，尾流效应主当盛行主风向只有一个方向时，风机矩阵式排布，尾流效应主要影响与风向平行的下游风机上，在综合考虑土地利用和电缆铺设成要影响与风向平行的下游风机上，在综合考虑土地利用和电缆铺设成本同时，可适当增大平行于盛行风向上下游风机的间距，以减小风机本同时，
11、可适当增大平行于盛行风向上下游风机的间距，以减小风机间的尾流损失。间的尾流损失。u 当盛行主风向只有一个方向时，在风电机组排布面积不变的情当盛行主风向只有一个方向时，在风电机组排布面积不变的情况下将风电机组错排，风机间的尾流损失将有明显减少，但尾流损失况下将风电机组错排，风机间的尾流损失将有明显减少，但尾流损失减少量和风机间的行列距变化不一定成正比，应综合考虑来进行优化减少量和风机间的行列距变化不一定成正比，应综合考虑来进行优化选择。选择。u 当盛行主风向均匀分布时，风机间尾流损失与平均风速大小和当盛行主风向均匀分布时，风机间尾流损失与平均风速大小和风机行列排布的间距成反比，在排布风机时，可综
12、合考虑平均风速大风机行列排布的间距成反比，在排布风机时，可综合考虑平均风速大小和土地利用等方面因素。小和土地利用等方面因素。下一步工作 结合风机选型等因素，进一步研究在理想结合风机选型等因素，进一步研究在理想 条件下风机布局与尾流影响的关系。条件下风机布局与尾流影响的关系。 研究在理想条件下其他一些典型地形风机研究在理想条件下其他一些典型地形风机 排布与尾流影响的关系。排布与尾流影响的关系。参考文献 1 于午铭如何解开中国陆上风能资源之谜J中国风能，2006， 4：19-23 2 王承煦，张源风力发电M北京：中国电力出版社，2003 3 吴义纯，丁明风电场风力发电机组优化选型J太阳能学报， 2007，28(10)：1163-1167 4 谢建民，邱毓昌大型风力发电场选址与风力发电机优化匹配 J太阳能学报，2001，22(4)：466-472
