4.運達股份潘航平-大型風電基地運行尾流評估及其對大基地開發的啟示.pdf

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1、股票名稱：運達股份股票代碼：300772大型風電基地運行尾流評估及其對大基地開發的啟示浙江運達風電股份有限公司 潘航平2023/10/17目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望 堅持可再生能源優先發展、大力發展不動搖，以區域布局優化發展、以重大基地支撐發展、以示范工程引領發展、以行動計劃落實發展。國家能源局“十四五”可再生能源發展規劃背景介紹|“十四五”可再生能源規劃背景介紹|“十四五”可再生能源發展規劃廣西廣東湖南湖北江西浙江貴州安徽江蘇山東河南山西河北新疆青海甘肅內蒙古黑龍江吉林遼寧寧

2、夏“十四五”重大陸上新能源基地：1.新疆新能源基地2.黃河上游新能源基地3.河西走廊新能源基地4.黃河幾字彎新能源基地5.冀北新能源基地6.松遼新能源基地7.黃河下游綠色能源廊道背景介紹|大力推進風電和光伏發電基地化開發12345672022年，三北地區發揮區域資源優勢，積極推進大型風電基地建設，新增并網裝機容量占比74%，同比增長35%。數據來源：水電水利規劃設計總院 易躍春中國可再生能源發展報告2022背景介紹|大力推進風電和光伏發電基地化開發背景介紹|大型風電基地尾流評估數據來源：華潤電力技術研究院 覃榮君 平坦地形風資源評估中尾流低估案例分析實際運行情況顯示：即使行間距超過30D，仍有

3、較為嚴重的尾流損失。多排布置的情況下，后排尾流損失逐漸增加。軟件模擬結果顯示：在行間距超過20D情況下，前后排發電效能基本一致，尾流影響極小。背景介紹|大型風電基地尾流評估目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望尾流模型|常規工程尾流模型02004006008001000-250-200-150-100-50050100150200250Downstream Distance/mRadial Distance/m0.01.02.03.04.05.06.07.08.0 以Park模型為代表的半經驗單機尾流模型，仍然是當前主流商業軟件中風電場尾流評估的首選模型。部分

4、商業軟件集成了其他尾流疊加模型的形式，以考慮上風向多機位點對下游機組的尾流疊加影響。尾流模型|常規工程尾流模型尾流模型|大規模風電場尾流模型圖片來源：Tromeur E,Puygrenier S,Sanquer S.Investigation and validation of wake model combinations for large wind farm modelling in neutral atmospheric boundary layersC/European Wind Energy Association Annual Event.2016.風電機組不僅僅只是被動地對風況

5、作出反應，同時它們也是風況的一部分。定性的講，風電場本身就可以視為一塊較高的粗糙度區域。由于風電機組獲取動量，邊界層廓線會受到干擾。尾流模型|大規模風電場尾流模型1234尾流模型|大規模風電場尾流模型()()0H2tH0tTdcexp lnwhere 8zhChzCCS S=+=BL000ln10.9Xhhzzz=startstartzzHhhH=()()()1010000 for ibl2lnlnlnibl1ibl2ibl1ibl1ln1ln ibl2ibl2lnlnlnlnibl1ibl1uzzhhzzzuzhhhhu zzzzhzz=+()00100 for ibl1ibl2lnln f

6、or ibl1lnlnhzhhzzzuzzhhzzz()()2T0Wake111Ru xCuR=1.等效粗糙度求解2.邊界層高度計算3.自由流廓線修正4.工程尾流計算尾流模型|大規模風電場尾流模型尾流模型|大規模風電場尾流模型ScXBLSd尾流模型|大規模風電場尾流模型目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望模型驗證|Horns Rev 圖片來源：Hasager C.B.,Rasmussen L,Pea A,et al.Wind farm wake:The Horns Rev photo caseJ.Energies,2013(6):696-716.012345

7、67012345A08 B08 C08 D08 E08 F08 G08 H08 I08 J08A07 B07 C07 D07 E07 F07 G07 H07 I07 J07A06 B06 C06 D06 E06 F06 G06 H06 I06 J06A05 B05 C05 D05 E05 F05 G05 H05 I05 J05A04 B04 C04 D04 E04 F04 G04 H04 I04 J04A03 B03 C03 D03 E03 F03 G03 H03 I03 J03A02 B02 C02 D02 E02 F02 G02 H02 I02 J02Northing/kmEasting/

8、kmA01 B01 C01 D01 E01 F01 G01 H01 I01 J01270222模型驗證|Horns Rev 模型驗證|Horns Rev 01234567012345A08 B08 C08 D08 E08 F08 G08 H08 I08 J08A07 B07 C07 D07 E07 F07 G07 H07 I07 J07A06 B06 C06 D06 E06 F06 G06 H06 I06 J06A05 B05 C05 D05 E05 F05 G05 H05 I05 J05A04 B04 C04 D04 E04 F04 G04 H04 I04 J04A03 B03 C03 D0

9、3 E03 F03 G03 H03 I03 J03A02 B02 C02 D02 E02 F02 G02 H02 I02 J02Northing/kmEasting/kmA01 B01 C01 D01 E01 F01 G01 H01 I01 J01270222Case 風速/ms-1風向/目標機位點Case 192701A04,B04,J04Case 2122701A04,B04,J04Case 392222A07,B06,G01Case 482701 A05,B05,H05Case 582705 A05,B05,H05Case 6102700.5 A03,B03,J03Case 710270

10、5A03,B03,J030102030405060700.750.800.850.900.951.00Relative Wind SpeedRelative Distance/D 實測-文獻1 Park尾流模型 大規模風電場尾流模型0102030405060700.700.750.800.850.900.951.00Relative Wind SpeedRelative Distance/D 實測-文獻1 Park尾流模型 大規模風電場尾流模型01020304050600.750.800.850.900.951.00Relative Wind SpeedRelative Distance/D

11、實測-文獻1 Park尾流模型 大規模風電場尾流模型010203040500.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1Relative PowerRelative Distance/D 實測-文獻2 大規模風電場尾流模型 Standard k-文獻3 RNG k-文獻3 LES(ADM-R)-文獻4 LES(ADM-NR)-文獻4010203040500.40.50.60.70.80.91.0Relative PowerRelative Distance/D 實測-文獻2 大規模風電場尾流模型 Standard k-文獻3 RNG k-文獻3 LES(ADM-R)-文獻4 LE

12、S(ADM-NR)-文獻40102030405060700.20.30.40.50.60.70.80.91.0Relaive PowerRelative Distance/D 實測-文獻5 大規模風電場尾流模型 FUGA-文獻5 WindModeller-文獻50102030405060700.50.60.70.80.91.0Relaive PowerRelative Distance/D 實測-文獻5 大規模風電場尾流模型 FUGA-文獻5 WindModeller-文獻5Case 1Case 2Case 3Case 4Case 5Case 6Case 7數據來源：1.RATHMANN O,

13、BARTHELMIE R,FRANDSEN S.Turbine wake model for wind resource softwareC/EWEC 2006 Wind Energy Conference and Exhibition,Athens,Greece,2006.2.BARTHELMIE R J,HANSEN K,FRANDSEN S T,et al.Modelling and measuring flow and wind turbine wakes in large wind farms offshoreJ.Wind Energy,2010,12(5):431-444.3.NA

14、DERI S,PARVANEHMASIHA S,TORABI F.Modeling of horizontal axis wind turbine wakes in Horns Rev offshore wind farm using an improved actuator disc model coupled with computational fluid dynamicJ.Energy Conversion and Management,2018,171:953-968.4.WU Y T,PORTE-AGEL F.Modeling turbine wakes and power los

15、ses within a wind farm using LES:An application to the Horns Rev offshore wind farmJ.Renewable Energy,2015,75:945-955.5.GARZA J,BLATT A,GANDOIN R,et al.Evaluation of two novel wake models in offshore wind farmsC/Proceedings from the EWEA Offshore Conference,Amsterdam,The Netherlands,2011.模型驗證|Horns

16、Rev 目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望運行評估|案例1：雷達實測0123456789020406080100120140160180200 實測 大規模風電場尾流模型 Park尾流模型Height/mWind Speed/m s-10.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.52.55.07.510.012.515.017.520.022.525.027.530.0 機位點 雷達1 雷達2Northing/kmEasting/km運行評估|案例1：雷達實測292.5運行

17、評估|案例2：運行數據05101520253035400510152025303540 測風塔 一期機位點 二期機位點 三期機位點Northing/kmEasting/km機型1：某較小機型機型2：某較大機型機型3：某較小機型一期機型分布運行評估|案例2：運行數據運行評估|案例2：運行數據運行評估|案例2：運行數據94.00%96.00%98.00%100.00%102.00%機型1機型2兩種機型發電小時數對比（歸一化）初設小時數實際運行小時數大規模風電場尾流模型計算小時數5.085.159.266.510246810機型1機型2兩種機型尾流損失對比初設尾流損失（%）大規模風電場尾流模型模擬的

18、尾流損失(%)-6.03%-2.87%-8.00%-6.00%-4.00%-2.00%0.00%機型1機型2大規模風電場尾流模型模擬小時數與初設差距-12.00%-10.00%-8.00%-6.00%-4.00%-2.00%0.00%2.00%H1-01H1-05H1-09H1-13H1-17H1-21H1-25H1-29H1-33H1-37H1-41H1-45H1-49H1-53-newH1-57H1-61大規模風電場尾流模型模擬小時數與初設差距機型1機型2運行評估|案例2：運行數據0500100015002000250030003500400005001000150020002500300

19、0350040004500500013579 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61各點位發電小時數對比大規模風電場尾流模型小時數（未折減）初設小時數（未折減）應發小時數運行評估|案例2：運行數據7.7D3.6D4.8D運行評估|案例2：運行數據一期一期&二期一期&二期&三期運行評估|案例2：運行數據運行評估|案例2：運行數據運行評估|案例2：運行數據100.00%99.49%100.00%99.93%98.00%98.50%99.00%99.50%100.00%100.50%僅

20、一期運行一期二期三期都運行一期風場歸一化發電量對比大規模風電場尾流模型常規工程尾流模型6.45%6.92%3.08%3.14%0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%僅一期運行一期二期三期都運行一期風場尾流損失對比大規模風電場尾流模型常規工程尾流模型目錄CONTENTS23415背景介紹尾流模型模型驗證運行評估結論&展望結論&展望|結論結論&展望|結論1-模型效果常規工程尾流模型對大型風電基地的尾流評估失真，尾流損失評估較實際偏低大規模風電場尾流模型是一種較為可靠的評估模型，能夠反映整場的實際尾流損失情況；但是對于個別點位的計算精度不見得貼切2-模型原理需要考慮機組間的橫、縱間距，因

21、此更適合排布規則的大型風電基地需要考慮機組距上風向邊界的距離，邊界如何框定直接影響評估結果需要考慮場區輪轂高度和地表粗糙度水平，取值直接影響評估結果3-開發啟示開發大基地項目（尤其是分多期開發的），需充分考慮周邊風場帶來的尾流影響，建議拉大間距，減小尾流損失對于排布緊密、排數較多且排布規則的大基地項目，不建議采用常規工程尾流模型評估其尾流損失結論&展望|展望結論&展望|展望1.各種尾流模型明確的適用邊界，是什么？1.什么時候用Park模型就行？2.什么時候得用Park模型+尾流疊加模型？3.什么時候得用大規模風電場尾流模型？結論&展望|展望結論&展望|展望1.各種尾流模型明確的適用邊界，是什么

22、？2.大規模風電場尾流模型對于風場邊界框選的標準規范，是什么？1.邊框連接線，怎么連接比較合適？2.與機位點之間的距離，取多少比較合適？3.什么樣的機位不應該被框選進去？結論&展望|展望結論&展望|展望1.各種尾流模型明確的適用邊界，是什么？2.大規模風電場尾流模型對于風場邊界框選的標準規范，是什么？3.大規模風電場尾流模型，對于非規則排布的大型風電基地的適用性？1.如何優化對于非規則排布的大基地的適用性？結論&展望|展望結論&展望|展望1.各種尾流模型明確的適用邊界，是什么？2.大規模風電場尾流模型對于風場邊界框選的標準規范，是什么？3.大規模風電場尾流模型，對于非規則排布的大型風電基地的適用性，該如何優化？4.大型風電基地引發的湍流強度增大效應，該如何耦合進大規模風電場尾流模型？1.大規模風電場引起的附加湍流強度的增大，該如何考慮？截圖來源：IEC61400-1 Ed4(2019)附錄ETHANKS謝謝觀看