關于風電場運行數據與數值模擬分析

金花

摘 要：根據沿海灘涂風電場各風機近7年的運行數據和測風塔1年的實測數據，采用WAsP10.0軟件，對本風電場進行數值模擬設計；并與選擇風電場2011年實測運行數據進行差異分析，根據對比結果，進一步對場內各排布風機資源進行統計分析，進而得出風電場風機布置時的需考慮的排布建議。

關鍵詞：資源分布；風機布置；數值模擬；產量變化

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0163-04

1 概述

本文選擇某已運行近7年的灘涂風電場工程的運行數據及臨近場址附近的實測測風塔數據，根據風電場地形特點，采用適用于平坦風電場的WAsP10.0軟件，對實際運行數據和模擬值進行對比分析。

根據風電場主導風向，本工程機組主要沿海岸線布置，海岸線呈不規則的南北走向，場址主導風向以東南風和東北風為主，場內地形地貌為魚塘；風電場安裝了81臺750kW風電機組，輪轂高度為60米，風輪直徑為50米；所有風機以東北-西南向分10組排布，經監控后臺導出所有風機輪轂高度60米處的各月平均風速、月發電量和各月風向分布表（81臺風機安裝位置圖見附件（風電場平面布置圖如圖1所示））。本工程場外圍有2座測風塔，測風塔離風電場中心距離約2.5km，最遠的風機離該塔約4km。

收集1#塔2011完整自然年實測風速風向數據，數據有效完整率為99.7%。收集2#測風塔2011完整自然年實測風速風向數據，數據有效完整率為96.5%。

2 數據分析

2.1 運行數據

本風電場共安裝了81臺750kW機型，輪轂高度60m，風輪直徑50m，表1列出了風電場81臺風機近7年各風機年平均風速，年上網電量和可利用率。

由表1可見，2009年至2015年各風機年平均風速分別為5.67m/s、5.80 m/s、5.46 m/s、5.81m/s、5.74m/s、5.58m/s、5.32m/s；等效滿負荷小時數分別為1420、1540、1178、1481、1441、1607、1147小時。風電場所有風機年平均可利用率除了2010年和2012年在70%以上外，其他年份年平均可利用率在80%以上，風電場風機可利用率在70%-98%之間。

2.2 測風數據分析

表2列出了兩個測風塔自2011年不同高度年平均風速值。

2.2.1 風速月際變化

測風塔所測風速中，春秋季節風速較大，夏冬季節風速較小。2號測風塔60m高度年平均風速為5.7m/s，圖2風電場兩測風塔風向玫瑰分布圖1號測風塔60m高度年平均風速為5.6m/s。2號位于1號的東側，說明風電場東部的風速要優于西部。

2.2.2 場址所在地區風向分布

圖2為兩測風塔2011年同期風向玫瑰圖，風電場全年主導風向為東南風，次主導風向為東北風。

2.3 運行數據與數值模擬相對比分析

風電場各風機按300m-400m的間距排布，東西向間距為300m，南北向間距為400m，由南向北共計10排風機。因場址北側為河道，沿著河道南側兩排風機臺數分別為3臺和4臺。后面8排風機臺數分別在5-7臺左右排布。本工程數值模擬計算軟件采用WAsP10.0，計算輸入條件統一，tab數據為場內兩座測風塔2011年全年實測數據；為了便于分析風機排布過程中風速衰減的趨勢，選擇了場內部分由東北-西南方向延伸的10排點位對比分析，共計56臺機位，表3列出了風電場750kW部分風機2011年實際運行數據及WAsP10.0模擬計算數據。

由表3可見，風電場750kW各風機2011年實際運行數據中，56臺風機年平均風速為5.55m/s，WAsP10.0模擬出年平均風速為5.62m/s，模擬風速比實際運行風速高0.07m/s，2011年實際等效滿負荷小時數是1209h，WAsP10.0模擬出年等效滿負荷小時數為1124h。

由圖3可見，各風機運行發電量數據與軟件模擬值變化規律一致。

表4列出風電場6排風機在實際運行過程中，上風向風機與下風向風機（前后風機）之間的風速和發電量的差值。

由表4可見，第1排風機，上風向A14號風機風速比A13號風機高0.06m/s，上風向A13號風機風速比A12號風機高0.23m/s。

第2排風機中，上風向上風向A11號風機風速比A10號風機高0.29m/s，上風向上風向A10號風機風速比A9號風機低0.08m/s，上風向上風向A9號風機風速比A8號風機高0.12m/s。

第3排風機中，上風向上風向A7號風機風速比A6號風機高0.21m/s，上風向上風向A6號風機風速比A5號風機低0.05m/s，上風向上風向A5號風機風速比A4號風機高0.09m/s，上風向上風向A4號風機風速比A3號風機高0.14m/s，上風向上風向A3號風機風速比A2號風機低0.03m/s，上風向上風向A2號風機風速比A1號風機低0.02m/s。

第4排風機中，上風向上風向A21號風機風速比A20號風機高0.21m/s，上風向上風向A20號風機風速比A19號風機高0.03m/s，上風向上風向A19號風機風速比A18號風機高0.15m/s，上風向上風向A18號風機風速比A17號風機高0.05m/s，上風向上風向A17號風機風速比A16號風機低0.03m/s，上風向上風向A16號風機風速比A15號風機高0.1m/s。

有圖可見，風電場第5、6、7三排下風向位置的風機中空出300-600m的不同間距，使得這片風機呈梅花形布置，減少了風機間的相互影響，上下風向之間的風速差值在0.2m/s以內，大部分機位風速差值在0.1m/s左右。

由表5發電量上的差異中可見，大部分上風向機位與下風向機位等效滿負荷小時數的差值之間按倍數遞減，但主要是上風向的第一個機位和第二個機位之間的差值較大，上風向風機對下風向的干擾很明顯。

2.4 運行數據與數值模擬分析成果

實際運行數據比軟件數值模擬年平均風速偏小約0.07m/s，根據其他以往工程及本工程可見，運行風速數據與實測風速數據差值在0.08m/s-0.1m/s屬于在合理變化范圍內。本報告實際發電量高出模擬發電量的原因是：實際運行發電量來源于不同風機的產量，而軟件采用了一種功率值和推力系數進行計算的。

風電場各風機實際運行風速數據的變化受主導風向的影響較明顯，上風向風機風速高于下風向風機，隨著機位在下風向位置上數量的遞增，各機位風速呈逐漸走低的趨勢，上風向機位風速與下風向風機風速平均差值在0.1m/s左右，上風向第一個風機為資源最優機位，第二個和第三個風機風速衰減值在0.1-0.3m/s之間，分析認為，在大規模的風電場風機排布時，在主導風向不是很單一的情況下，盡量加大上風向與下風向風機之間的距離；其次在下風向位置處可適當放大風機間距，可呈梅花形布置，或者在下風向位置盡可能的增加一定距離的隔離帶，減少風機相互影響導致的電量損失，便于提高整個風電場的產量。

參考文獻

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