使用WRF-Fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟.pdf

北京大学学报(自然科学版) 第 54 卷 第 3 期 2018 年 5 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 54, No. 3 (May 2018) doi: 10.13209/j.0479-8023.2017.187 使用WRF-Fitch 对湖区风电场风力发电机 尾流效应特征的数值模拟 1, 2 2,† 3 1 1 4 5 王姝 刘树华 陈建洲 胡菊 冯双磊 马玉龙 缪育聪 1. 中国电力科学研究院新能源与储能运行控制国家重点实验室, 北京 100192; 2. 北京大学物理学院大气与海洋科学系 , 北京 100871; 3. 中国民用航空局空中交通管理局航空气象中心, 北京 100122; 4. Department of Civil Environmental Engineering, Washington State University, WA 642910; 5. 中国气象科学研究院, 北京 100081; † 通信作者 , E-mail: lshuhua@ 摘要 为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以 鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式 WRF (Weather Research and Forecast) 和 Fitch 尾流模型进行模 拟实验。结果表明 : 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游 4~10 km 处, 对下风向风速的削弱强度可达 −0.2~−1.2 m/s 。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大 ; 正方形紧密 排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由 于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传 , 因此稳定大 气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、 2 2 向外耗散的特征, QKE (湍流动能的两倍) 随着高度增加而先增至最大值(19 m /s ), 再减至 0 左右 , 之后趋 于稳定, 最大值出现在约离地 90 m 的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地 1.1 km 的高度。 关键词 风机尾流效应; WRF; Fitch; 大气不稳定度; 风速削弱; 湍流动能 中图分类号 P404 Case Studies: Simulation on Characteristics of Wind Turbine Wake Effect in a Lake-Side Wind Farm with WRF-Fitch