风电场年发电量计算方法建模与分析.pdf
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1、引用本文:袁飞。风电场年发电量计算方法建模与分析J.节能,2 0 2 3,42(11):10-13.10?电力行业节能节能ENERGYCONSERVATIONNO.112023风电场年发电量计算方法建模与分析袁飞(国电联合动力技术有限公司,北京10 0 0 39)摘要:发电量评估是风电场设计过程中至关重要的环节,准确评估风电场发电量可以有效降低投资建设风险。从风资源数据建模和发电量计算建模两方面研究和建立发电量综合计算模型,并将模型结果与WindFarmer和WAsP商业软件进行对比分析。结果表明:各机位尾流后平均风速和发电量相对误差分别在0.6%和1.6%以内,偏差在合理范围内,验证了模型的
2、有效性关键词:风机;风电场;发电量;尾流模型中图分类号:TM614文献标志码:A文章编号:10 0 4-7 948(2 0 2 3)11-0 0 10-0 4doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.003引言风电场发电量计算的主要输入资料包括测风数据、地形图、地表粗糙度、风机坐标和功率曲线等,发电量评估主要分为风资源计算和发电量综合计算两个部分。风资源计算基于地形图和粗糙度地图,采用特定风流模型计算得到兴趣区域的“风加速因子”,建立风机点与测风点的关联性;发电量综合计算基于上述关联性,将测风点风速外推到风机点,并计算各风机点尾流影响后风速,利用风机功率曲线计算
3、发电量。主要的风电场发电量评估软件有WAsP、M e t e o d y n W T、W i n d Si m、W i n d Fa r me r 和WindPRO等。其中,WAsP软件采用线性模型作为风流模型,其风资源计算结果适用于简单地形评估;MeteodynWT和WindSim软件采用计算流体力学方法(CFD)进行风资源计算,适用于复杂地形评估2-3;WindFarmer和WindPRO软件不自带风流模型,采用其他软件风资源计算结果进行发电量综合计算。风资源计算是发电量评估的基础环节,前人对风流模型开展了广泛研究,不同风流模型对地形的适用性各不相同4,但针对发电量综合计算的研究尚少,综合
4、计算结果受空气密度5、功率曲线模型6 、尾流模型7 等多种因素影响,是复杂的数学建模过程,目前尚未形成统一的综合计算标准,有必要针对该方面开展探讨与研究,以建立快速准确的综合计算模型。文中立足风能工程领域需求,从风资源数据建模和发电量计算建模两方面分析发电量综合计算,并将建立的风电场年发电量计算模型与WindFarmer和WAsP商业软件进行对比分析,验证模型的有效性。1风资源数据建模1.1测风点数据建模为了掌握风电场风资源情况,在建设前期,需要在场址范围内设立一个或多个测风塔进行测风,测风塔一般在多个高度设置风速或风向仪,以便了解地面至风机轮毂高度及以上范围的风速、风切变、湍流等风资源情况。
5、进行发电量评估时,测风点的时间序列数据一般转换为tab格式文件进行存储和计算,tab文件示例如图1所示,格式说明如表1所示。tab文件提供具有风速和风向分区内的发生频率Meteorological Mast InformationY9012110.7411.649.458.4113.9512.368.584.275.09%3.674.687.1713.018.669.277.244.774.629.0915.6011.22 12.957.3215.5727.6211.7722.3625.8011.879.7013.7526.7524.32 27.4516.27 14.32328.5.337.7
6、5 68.286.3.1533.2820.32 35.7062.4238.5.369.3934.9725.72465.21100.0289.8389.4146.2430.1748.78108.7876.3293.2254.4966.03592.33101.00108.56106.6180.6261.7255.88141.3391.66105.1385.819.5.206112.00127.15104.13159.57113.4966.3486.92122.60111.11130.50124.0398.127119.62134.01140.38173.611.33.6872.96107.54 1
7、32.41148.5120.15105.7399.978109.16112.27124.47105.701.33.95123.44 105.10 119.481.30.19118.59 100.04109.52993.04 91.6807.68113.17125.49114.98136.1496.75119.34108.75119.56106.601072.66 72.7266.6758.1768.34116.36111.7575.79 97.64 70.4391.91 92.5511.62.0247.72 54.1821.5077.75100.05104.4448.156.3.6054.89
8、74.0177.431267.69 46.74 34.0423.3167.1185.7387.3628.0937.0442.4776.45 84.8613167.6932.0.333.8420.373.5.0668.1954.5515.1626.5612.9543.5139.781442.0027.7813.49 12.6826.6051.5627.275.3516.468.8037.8225.721530.6613.735.847.0213.6423.5511.091.345.613.1113.8320.681615.068.503.424.3011.73 16.164.211.504.66
9、5.2916.71172.849.972.822.9410.2311.240.440.374.141.636.10181.426.054.632.722.8711.24005.180.816.36190.893.925.240.911.913.54001.042.857.69202.842.783.420.45(0.965.5401.551.6.31.06图1tab文件示例表1tab文件格式说明行内容1测风点信息:名字、风速、风功率密度。2测风点的X和Y坐标、高度/m3扇区数量、风速尺度参数、风向位移因子()4每个风向扇区的发生频率/%5风速区间上限为1m/s,后续为各扇区出现相对数量。6风速
10、区间上限为2 m/s,后续为各扇区出现相对数量。7n与第5和6 行相同,风速区间为(3 n)m/s。注:各扇区内样本数总和为10 0 0。作者简介:袁飞(198 9一),男,硕士,工程师,研究方向为风能资源评估与风电场尾流模拟。基金项目:联合动力北京技术开发分公司科技项目“风电场多维度后评价体系技术研究”(项目编号:JSKF-2022-01)收稿日期:2 0 2 3-0 6-2 5NO.112023节能ENERGYCONSERVATION11电力行业节能由图1和表1可知,当风向处于第六扇区,风速介于78m/s时,风速频率为12 3.44=10 0 0 12.36%=1.53%。1.2风资源网格
11、建模风电场发电量计算过程中,还需要获得场址范围内的风资源网格(wrg)文件,该类文件一般通过WAsP、MeteodynWT和WindSim等风电商业流场模拟软件获得。wrg文件可以是覆盖场址范围的网格数据文件,也可以是针对每个机位点的数据点文件。覆盖某个项目区域的wrg文件(仅展示5个扇区)如图2 所示。wrg文件格式说明如表2 所示。图2 全图共有32 0 行、150 列数据,网格间距为50 m,风资源网格点高度为90 m,共分12 个扇区。3201508600)4.679502GridPoint8600469790.08.672.279470.46621210790221116821949
12、4801998473213139882373GridPoint86504.69790.08.672:279470.4662121079022111682194948019984213139882374GridPoint87004.69790.08.673.279470.466212107911682194948019984213139882375GridPoint8.7504.69790.08.672:279470.4662121079022116821949480159847321313988237GridPoint8.800469790.08.672279470.4662121079022
13、11168219494801998421313988237GridPoint8.8504697090.08.672.279470.4662121079022111682194948019984213139882378GridPoint8.900469790.08.672:279470.466212107902211168219494 80199847321313988237GridPoint89504.69790.08.672.279470.4662121079022111682194948019984732131398823710GridPoint9.000469790.08.6732794
14、70.466212102902211168219494801998421313988237GridPoint9.0504.69790.08.672279470.46621210790221116821949480199842131398823712GridPoint9100469790.08.672:279470.4662121079022111682194948019984211398823713GridPoint0.1504697090.08.672:27470.466.2121079022111682104948019984732131.398823714GridPoint9.20046
15、9790.08.672:279470.4662121079022111682194948019984732131398823715GridPoin9.250469790.08.672.279470.4662121079022111682194948019984732131398823719GridPoinu93004.69790.08.672:279470.4662121079022111682194948019984213139882371GridPoint9.350469790.08.672.279470.466212107902211168219494801998421313988237
16、18GridPoint9.4004.69790.08.672:279470.4602110790221116821949480190842131398823719GridPoint94504.69200.08.673279470.46621210790221116821949480199842131398823720GridPoint9.5004697090.08.672279470.46621210790221116821049480190842131398823721GridPoint9.5504.69790.08.672:279470.46621210790211168219494 80
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