风电场风机类型选择及布局选址研究文献综述

 2022-09-14 16:51:22

文献综述(或调研报告):

随着能源危机和环境污染问题的逐渐尖锐,可再生清洁能源技术飞速发展,风能的市场逐渐扩大。风电技术逐渐成熟,而我国的风电行业起步比较晚,虽然通过自主创新取得了很大的进步但是仍旧存在一些问题[1]。由于尾流效应等一系列因素的影响,风电场合理的布局设计成为了一个关键问题,直接影响了风电场的风能捕获和输出功率。为了充分利用风能,最大化风能捕获和风机输出,国内外积极展开对风电场布局的研究。本研究工作主要对风机的尾流效应模型、风电场布局优化建模以及模型求解方法进行综述,并分析不同模型的特点,并探讨更优化的模型求解的启发式算法。

1 尾流效应模型

尾流效应是指风流过风机后,由于叶片的旋转和动能的损失,造成下游风机入流风速低于上游风机入流风速的现象。尾流效应会使下游的风机无法充分捕获风能,造成发电量损失;也会是叶片受到不均匀的阻力,造成机械损坏。所以需要通过对尾流效应建模,从而减少损失。

由文献[2]可知流过风机的风速可以用尾流模型来描述其大小,而尾流效应模拟主要有解析法和计算流体力学法(CFD)法。CFD法虽然计算精度高,但复杂程度高,计算时间过长,不适合于布局模型的求解。解析法只有在一定假设条件内成立,但计算时间短,可满足大部分工程需要。文献[3][4]介绍了常用的五种解析法尾流模型包括:Jensen尾流模型、Lissaman模型、Larsen模型、Ainslie模型Frandsen模型。而Larsen模型模型适用条件较严格,所需参数较多,未被广泛使用。Ainslie模型需要数值求解,计算成本高。Frandsen模型建立三维尾流结构,多用于多用于机组间等距离排列的海上风电场。Jensen尾流模型常用于模拟平坦地形下的尾流效应,Lassiman尾流模型是以Jensen尾流模型为基础的,常用于模拟复杂地形下的尾流效应。

1.1 Jensen模型

Jensen模型[5]作为一种最古老但又最常用的方法,由N.O.Jensen建立,适用于平坦地形。在这项研究中所用的分析尾流模型是通过在穿过风力发电机组的尾流的控制体积的动量守恒而得到的,如图1所示。

文献[6]提出的模型是N.O.Jensen提出的尾迹衰减模型的进一步发展。与大多数其它风电场计算模型一样,它是基于单个尾流的描述,包括初始速度赤字和尾流衰减系数。然而,它与大多数类似的模型在以下方面有所不同。

该模型假设:①尾流初始直径为风轮直径;②风轮后风速线性变化;③尾流影响区域随距离线性扩张,尾流影响区是圆锥形,尾流速度沿截面均匀分布。假设上游风电机组输入风速为,距离上游风电机组x处的尾流风速为

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