WindSim软件在复杂地形风电场风能资源评估中的应用

A b str c a
t : T h e w in d en e rg y r eso u re e a s se s sm e n t in a eo m p le x te rra in 15 v ery im p o rta n t fo r th e d e v e lo p m e n t
ly s i u late th e p r ed o m in a n t w in d d ire etio n a t 4 0 m m and 70 m h e ig h t. A t th e s a m e tim e , th e W in d s im ea n
a ls o o b ta in g o o d re su lts o f effee tiv e w in d sp ee d fre q u en ey i a eo m p lex ter rain a rea . T h e s i u la tio n re s u lts n m o f w in d en e rg y re so u re es in w in d farm sh o w th a t th e a re a h a s rieh w in d e n e rg y re so u ree s w h ieh ea n b e u se d so ftw ar e ea n b e u tilize d in th e as se ss m e n t
( W i d A tla s A n a ly sis a n d A p p li a tio n P ro g r am s ) n e
是 用 于风 电 场微 观 选 址 的 常 用 的 资 源 分 析 工 具 软 件 ∀W A sP 是 由丹 麦 R I 中 国 家 实 验 室 在 Ja k s n S c o h e H u n 理论 基础 上 开发 出来 的风 资源分 析 处理 软 t 件 ,其 主要 功 能 是 对 某 地 的 风 能 资 源 进 行 评 估 & ∀ 二 W A sP 是基 于欧 洲 比较 平坦 的地 形 条件 设 计 的 , 所 以对 于区域 面积 小 #地形 相对简 单 # 势较平 坦 的地 地
in T o ksun , X in iang in 200 7. B y eom P ari g sim u lation resu lts and ob servati n d ata m easured b y an em om ej n o
ter to w ers , it 15 sh o w n th a t th e so ftw a re W in d s i m p r o v id e s g o o d sim u la tio n re su lts o f m e an w in d sp e e d in
资源情 况 , 并 利 用 常规 气 象 站 的观 测 资 料 以及 5 0 D A R 观测 资料 对结 果 进 行 了验 证 , 表 明 以 C F D 为 核 心 的 W i ds m 软件 的模 拟 结 果 比 W A sP 软 件 的 n i 模 拟结 果 更 准确 ∀ G ravd ah l 等口 利 用 w ind sim 对 丹麦 的一 个地 形 比较复杂 的风 电场进行 了风 资 源评 估 #风机最 佳选 址 以及风 电量 预报 等工 作 , 结 果表 明 不 同风 电机之 间 的发 电量 差 异 可 以达 到 2 % , 而 用 5 W i d i 软 件重 新设 计 该 风 电场 风 机 位 置 后 , 此地 ns m 区的发 电量增 加 了 1 % ∀ 0 目前 , 我 国学 者 主要还 是 在用 W A sP 进 行风 资 源相 关 的研 究工 作正 ,3二 但实 际上 , 对 于我 国来 说 , !一 ∀ 除 了部 分沿 海 和 内陆 的平 原 地 区 外 , 大 部 分 风 场 都 处于 复杂地 形地 貌的 山区 , 而采用 标 准线 性模 型 (如 W A s 软件 )模 拟风场 不 能充 分 地 再 现 复 杂 地 形 的 P 风 资源情 况 ∀ 因此 , 本 文尝试 利 用 W i d s m 软 件模 n i 拟 我 国复杂地 形新疆 托 克逊 县境 内某 风 电场 的风能 资 源分 布情况 , 并 与 测风 塔 的 观 测 数据 进 行 对 比分 析 , 同时 验证 W i d s m 软 件对 我 国复杂 地 形 地貌 和 n i 气候 条件 的适 用能力 ∀
W i ds m 软件在 复杂地 形风 电场 n i 风能资源评估 中的应用
王 美琳 罗 勇! 周 荣卫2
1 中国气象科学研 究院, 北京 100081 2 国家气候 中心, 北京 100081
提
要 : 复杂地形 的风能资源评估研究对于风电事业 的发展具 有极 为重要 的意义 ∀ 作者利用基 于计算 流体力学 (CFD 方法 )
W A N G M eilin L U O Y o ng Z Z H O U R o n g w eiZ
1 C hi ese A eadem y of M eteor n ologi eal S ei enees, B ei ing 100081 j
2 N at ional C l m ate C en t i er, Bei i 100 081 j ng
a eo m p le x te rra in a re a , a n d th e m ea n relativ e e rro rs o f m o n th ly m ea n w in d sp ee d a t l o m , 4 0 m , 5 0 m
and
7 0 m are 12.9 一 , 10.2 1 % , 9 .68 % and 12. 91 % respeetively. M oreo ver, th e W in ds im 15 able to aeeurate%
国际合作项 目! 合作开发中国风电场风能短期预报模式系统 ∃资助
2009年 1 月20 日 收稿; 2009 年 10 月 12 日 修定稿 收
第 一 作 者 : 王美 琳 , 从 事 风 能 资 源评 估 研 究 .E m ai ang m ei n 136@ 163 %Com l:w li
第 36 卷
b y w in d p o w e r g e n e ra ti n . It 15 fu rth e r in d iea te d th a t W in d s im o
o f w in d en er g y re so u re es o f e o m p lex ter rain an d h as fu rth e r re se a reh v a lu e in th e fu tu re . K ey w o rd s : W in d s im , s im u l tio n o f w in d s p e ed a n d w i d d ir eetio n , w in d e n erg y re so u ree a ss e ssm en t , a n e o m P le x te rra in
软 件 更适 用 于 复 杂 多 山 地 区 的 风 资 源 评 估 ∀P e P
引
言
受 化石 能 源资源 日趋枯竭 # 环境 保 护等 的驱动 ,
M oren ∀等 ! j , 利 用 w A sP 和 W ind s im 对J 个地 形 L 比较复杂 的地 区 的风 资 源情 况 进 行 了评 估 , 结果 表 明 , 对 于复 杂 地 形 来 说 , W i d s m 可 以 作 为 线 性 模 n i 式 的一 个有 效 的补充 ∀ 针对 阿 尔卑 斯 山地 区 , R e 通 n c at i 等 汉利 用 w i ds m 软 件 模 拟 了该 地 区 的风 tn n i
1terrairiheightofwindfieldandanemometertowerposltlonabindieateanemometertower2模拟方案设计为了检验windsim软件对我国复杂地形地区的风电场风资源情况的模拟能力本文对新疆托克逊县境内某风电场的风资源情况进行了一系列的模拟并将模拟结果与观测资料进行对比分析?目前我国评估一个拟建风电场的风能资源情况需要计算的参数主要包括不同时段的平均风速和风功率密度风速频率分布和风能频率分布风向频率和风能密度方向分布风切变指数和湍流强度等?本文主要是针对该风电场区域的平均风速风速频率以及风向频率三个参数进行模拟研究的?模拟风电场位于新疆托克逊县境内地势高峻多山谷隘门三面环山地形复杂西部地势偏高东部地势偏低见图1?风电场内设有两座70度测风塔编号分别为a和b海拔高度分别为287m高m和4ogm两座测风塔相距约在iom4omsom和9km?每座塔分别70ni高度安装测风仪在40windsim软件首先根据地形资料和地表粗糙度资料的水平分辨率以及模拟的区域大小和设置的网格点数计算得到风电场地区计算区域的水平分辨率为zo4m义zo4m水平网格点数为97只100面积约为19788m又zo400m?垂直方向的网格将地表到10km高度分为30层其中地表面以上100m范围内共有3层网格高度分别是gm39m90在计算过程中windsim软件可以根据使用者的具体要求输出任意高度处的风资源情况?本文利用windsim软件模拟的主要物理量包括平均风速和风速风向频率分布情况?在模拟过程中我们将b塔2007年的逐时风向风速资料做成风向风速频率分布数据文件输人到windsim中模拟得到了a塔iom4omsorn7om四个高度上2007年的月平均年平均风速以及a塔40高度2007年的风速频率和风向频率分布情况最后将模拟结果与a测风塔的观测数据进行对比分析?m?m70m3模拟结果分析3
的风能资源评估 系统软件 W i s m 对 我国复杂地形新疆托克逊县境 内某风 电场 2007 年的风 资源情况进行 了模拟 , 并将模 拟 d n i 结果 与测 风塔 观测结果进行对 比分 析 ∀ 模拟结 果表 明, W i i m 软件 对我 国复杂 地形地 区平均 风速 的模 拟能力 比较好 , 1 nds 0 m #4o m # m #7o m 高度的月平均风速的平均相对误差分别是 22.92% #20.21肠 # so 9.65% #12.92% ∀ 同时 , W indsi 软件不仅 m 可 以较为准确 地模拟出该区域 2007 年 的主导风向 , 而且对该年的有效风 速频率的模拟效 果也很好 ∀ 此 风电场风 能资源模拟 试验说 明 , 该地区具有十分丰 富的可供开发利用的风能资源 , 进一 步说 明 W i i m 软件对我国复杂地形地区 的风 能资源评估 nds 工作 具有很好 的参考和应用价值 ∀
自 2 ∀世 纪 7 年 代 中 期 以来 , 世界 主要 发 达 国 家 和 0 一些 发 展 中 国家都开 始重视 风能 的开 发利用 ∀ 国际 上风 能 开发利 用 的主要 形式是 风力 发 电 ∀随着 风力 发 电技 术 的成 熟 和 向大规模 # 大型 化 # 产业 化方 向的 发 展 , 风 能 已经成 为 目前世 界 上最 引人 注 目的新 型
关键 词 : W i s m , 风速风向模拟, 风能资源评估, 复杂地形 d n i
A P P li tio n o f W in d s im ea
to W in d E n erg y R eso u ree
A sse ssm en t o f C o m P le x T erra i i C h in a n n
第3 卷 6
2 0 1 0
气
象
V o l. 3 6
N o. 2
M E T E O R O L O G IC A L M O N T H L Y
F eb ruary , 20 10
王美琳 ,罗 勇, 周荣卫. W i ds m 软件在复杂地形风电场风能资源评估 中的应用[J .气象 ,20 0 ,3 (2):11 一9 . n i 1 6 3 11
b a se d o n th e C o m p u -
o f w in d p o w e r g e n e ra ti n field . W in d e n e rg y re so u r ee a ss es sm e n t so ftw a re W in d s i o m
ta tio n a l F lu id D y n a m ie s ( C F D ) m eth o d 15 ap p l d to sim u la te th e w i d en e rg y re so u ree s o f w in d fa rm a r ea ie n
能源仁 习∀我 国风能资 源十 分丰 富 , 开 发前景 广 阔 , 风
力发 电事 业正 在蓬勃 发展 ∀ 在 风 能资 源开 发过程 中 ,前 期 的风资 源评估 # 风 电场选 址 极为 重要 ∀ 场址 选择 的关键 是真 正 了解 风 能资源 的状 况 # 分布 和变 化 , 分 析与 寻找合 适的潜 在 风 电场场 址 ∀ 因此 , 客 观 #准确 的风能 资源 评估是 促 进 风 能规 模化 发展 #大 型 风 电场建 设 的重 要 前 提 和 保障 ∀ 目前 , 风 能 资源 评 估 工作 主 要 是借 助 商业 化 的 专 业软 件 来完 成 , 比如 W A sP , W ind F arm er, W ind P r 等 ∀ 其 中, 风 图 谱 分 析 及 应 用 程 序 W A sP o
区较 为适用 ∀1 NhomakorabeaW ind s i 软件简介 m
W i ds im 软 件 是 挪 威 W in ds im 公 司 设 计 , 基 n