手机浏览网
中国风电材料设备网讯：摘 要：湍流强度是风电场风能资源评估中的重要参数，也是风电机组设计与选型的主要依据。本文介绍了多种计算湍流强度的方法，重点阐述了基于CFD 湍流模型的湍流强度计算方法，并利用Meteodyn WT 软件的CFD 方法对某复杂地形风电场机位湍流强度进行计算，将结果与线性模型计算结果、实测数据进行对比分析。分析表明该方法模拟结果较好，对风电场风资源评估、微观选址有较好的指导意义。
1.引言
随着我国能源结构调整，加快可再生能源发展、改善环境的能源发展战略逐步实施，风力发电产业在建设资源节约、环境友好型社会的大环境下得到长足发展，风电装机容量正在快速增长。截止2012 年底我国风电累计装机容量为75.32GW，按照全国风电可装机容量1000GW计算，已开发容量不到可装机量的10%，风电开发大有前景。但由于我国传统的风资源丰富地区（“三北”地区）电网消纳原因，存在很多弃风限电现象，这些地区风电发展速度放缓，而中南、西南地区由于处于电力负荷消纳终端，故近年来这些地区山地风电场悄然兴起。
风电项目开发中，选择合适的机型和确保机组安全性是影响风电场收益的主要因素，其中湍流强度是机组选型和安全性评估的一个很重要的参数，特别是在地形复杂的山地风电场尤为突出。湍流强度与风自身特性、地形、地貌、障碍物等因素息息相关，而在风电场设计中，机位湍流强度往往是较为忽视的参数，对后续风电场发电量收益以及机组安全性产生了隐患。因此湍流强度计算与评估的准确性也是评判建设风电场成败的关键指标之一。
在风电场前期风能资源评估、风电后评估工作中，以前大多借助丹麦RisΦ 国家实验室开发的WAsP商业化软件，该软件适用于平坦而简单的地形，对复杂地形具有局限性[2]。我国中南、西南部地区多为地形复杂的丘陵山地，同等条件下，山地海拔越高，风能资源相对越丰富，随着风电产业的蓬勃发展，很多山地风电场相继开发并投产发电，对山地风电场湍流强度的准确评估成为重要的课题。本文采用基于CFD计算原理的软件—Meteodyn WT 以及基于线性模型的WAsP 软件对某复杂地形风电场湍流强度进行仿真计算，并将计算结果与实测数据进行对比分析，为以后风电场进行更合理的机组选型以及校核风力发电机组适用性提供参考。
2. 湍流强度与湍流数值模拟方法
湍流流动是自然界和工程中最普遍存在的流体运动，在多数工程问题中流体的流动往往处于湍流状态。大气运动就是一种典型的湍流流动，湍流流动是一种随机的过程，可以用数理统计的方法来研究，简单来说，大气运动过程中，湍流就是短时间（一般少于10 分钟）内的风速波动，如图1 所示，U(t)=U+ u’(t)[3]，其中U(t) 为瞬时风速，U 为统计时间段平均风速值，u’(t) 为湍流脉动风速。湍流脉动风的统计特性包括湍流强度、湍流尺度、功率谱密度、阵风系数等，其中在风电行业中湍流强度是个非常重要的参数。
湍流产生的原因主要有两个：一个是当气流流动时，由于地形差异（例如山峰）造成的与地表的“摩擦”；另一个是由于空气密度差异和气温变化的热效应空气团垂直运动。湍流将引起风电机组的振动和载荷的变化，影响风电机组使用寿命和安全运行。
