民勤红沙岗百万千瓦级风电基地风机排布优化研究

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1、第49卷第9期甘肃水利水电技术Vo1．49，No．92013年9月GANSUWATERRESOURCESANDItYDROPOWERⅡeCHN0LOGYSep．，2013·设计与研究·民勤红沙岗百万千瓦级风电基地风机排布优化研究赵斌．陈红宝(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730000)摘要：文章基于经验性风机排布思路和单一风向风况下的风机排布的一般性规律，设计了风机排布比选组合，利用CFD风资源评估软件WindSim5．1，计算了各排布方案的净发电量和尾流损失。结果表明：在特定风电场微观选址中．由于风电场范围、边界条件和招标风机等不同，风机排布须经综合优化计

2、算确定；红沙岗风机布置采用规则行列式排布方式，比选结果以5Dx10D方案相对较优，在子风电场之问预留风力恢复区，间距大于20D，各次子风电场风机排数以2—3排为宜，这种排列方式发电量最大，尾流损失最小。关键词：风电场；风机优化排布；尾流损失；发电量中图分类号：TK81文献标志码：A文章编号：2095—0144(2013)09—0028—031前言下的风机最优化布置的精确计算研究，可主要归纳风电场风机优化布置是风电场前期选址工作中为两类：其一是将遗传算法应用于风机布置计算．并的关键环节，其布置方案的优劣直接决定风电场的结合理论分析，对风机优化布置形式进行了计算分发电量

3、，从而影响到风电场的经济性水平。由于风析和校核，得到了更好的结果[4；其二是采用较完善机的尾流效应．气流经过每台风机之后速度都会降的风机优化布置计算数学模型，例如王丰[51研究了低。如果风机排列过密，风机之间的相互影响将会单一风向风况下的风电场风机最优布置的一般性规大幅度的降低排列效率，减小发电量，并且增大由于律．给出了风机布置排数和风机间距的合理取值范风机尾流引起的湍流强度．产生的强紊流将造成发围。电机组和叶轮面的振动，恶化机组载荷状态，带来不红沙岗风电基地西邻陈家井风电场和咸水井风安全因素；反之，如果排列过疏，发电量增加效果不电场，以北为独青山．以南为民勤县与金

4、川区县界明显，同时增加了道路、电缆等投资费用以及降低土($207)。以东为$212为界，风电场范围已确定。场地利用率。通常在实际风电场开发建设中，由于各址区地势平坦开阔，地表植被为低矮灌丛，主导风向种限制因素的制约．风电场区域边界已确定，因此，为WNW．其次是ESE，该区域风向单一且集中。本在确定的风电场边界和风能资源情况下，应保证风文拟提出风机排布方案组合．利用CFD风资源评估机问相互影响最小化。软件(WindSim5．1)计算各组合发电量及尾流损失，风机的最优化布置研究在早期基本属于经验性提出该风电基地风机最优布置方案。优化，多数情况为规则的行列式排布。宫靖远等

5、提2资料与方法出，对平坦地形，当盛行风向为一个方向或者两个方2．1测风数据向(互相为反方向)时，风机在盛行风向上间距为用于风电场流场模拟的基础数据为风电场内的5D～9D(D为叶轮直径，下同)，在垂直盛行风向间距6座测风塔同期观测数据，并且测风数据做前期完为3D～5D_1：Patel也指出：风机布置的最优距离为整性检验和合理性检验。满足GB／T18710—2002(<风在盛行风向上风机间隔8D～12D，在垂直于盛行风电场风能资源评估方法》的相关规范要求。向上风机间隔1．5D～3D[3]．这些排列方式在实际风2．2风资源评估软件WindSim5．1简介电场的开发过程得到

6、了广泛的应用。WindSim软件是挪威WindSim公司设计，基于由于经验性结论的排列方式有其局限性。对于计算流体力学CFD方法进行风资源评估及风电场不同风电场和不同类型的风机最优间隔是不相同微观选址的软件。利用计算流体力学进行风资源评的，因此．许多学者开展了针对不同区域、不同风况估和微观选址，实际上是求解风场边界条件下的流收稿日期：2013—08—19作者简介：赵斌(1981一)，男，甘肃岷县人，工程师，学士，主要从事水利水电工程设计、新能源发电工程设计。·28·第9期赵斌，等：民勤红沙岗百万千瓦级风电基地风机排布优化研究第49卷体力学微分方程，获得微观风场内的基

7、本流动细节，他风机出力无影响或者影响最小的距离，风机尾流根据空气流动的能量分布，布置风机处于高风能区影响半径范围随着下游距离的增加而增加，因此，随的一门技术。预先根据计算流体力学进行微观选址，着风机布置排数的增多，风机的最小横向间距也应避免风电机组处于风能的低值区而造成不必要的经该适当增大，从而使得横向相邻风机的尾流影响范济损失．是很有必要的。WindSim软件采用计算流体围重叠区域更远，减小尾流影响作用。然而对于确力学方法来模拟场址内的风资源情形，可以很好的定了范围的风电场，为保证相对合理的纵向间距，每计算出相对复杂地形下的风场分布情况，因此，排风机数量不宜过