广东海陵岛风能资源高分辨率数值模拟研究

　　从表4 看出，WRF/CALMET 模式系统对风速Weibull分布A 值的模拟相对差一些，没有一个塔每个月A 值的相对误差都能小于10%。图5-6 分别给出了3 号和2 号塔每个月观测与模拟的风速Weibull 分布。对照表1 可以看出，2004 年7 月在3 号塔位置上，由于风速模拟值在低风速区的分布频率较高，造成了月平均模拟风速值偏小9.84%。2号塔每个月低风速区的模拟风速值频率均偏高，因此4 个月的月平均风速模拟值都相对偏小。这可能是因为2 号塔位于较窄的山梁上，气流爬坡后过山顶时会加速，而本文WRF/CALMET 模式中的地形描述是200m×200m 范围内的平均地形，造成模式中的坡度比实际的坡度小，因此风速的模拟值就会偏小。

图5 3号塔观测与模拟风速频率分布,横轴为风速（m/s），纵轴为频率（%）a~d分别从2003年10月、2004年1、4、7月测风塔观测计算得到e~f分布从2003年10月~2004年7月模拟值计算得到

图6 2号塔观测与模拟风速频率分布,横轴为风速（m/s），纵轴为频率（%）a~d分别从2003年10月、2004年1、4、7月测风塔观测计算得到e~f分布从2003年10月~2004年7月模拟值计算得到

图7 测风塔观测、CALMET模拟、WT模拟60m高度风向风玫瑰图

图8 测风塔观测、CALMET 模拟、WT 模拟60m 高度风速频率分布

　　4.3 陡峭地形数值模拟实验
　　采用测风塔观测资料对WRF/CALMET 数值模拟结果的检验表明， WRF/CALMET 模式系统能较好地模拟山区中较为开阔地形上的风能资源，能够满足山区风电场风能资源评估的需求。7 号塔位于坡度为27°的陡坡上，且三面环山，本文采用200m×200m 水平分辨率的CALMET 动力诊断模式，对如此陡峭地形的风场模拟误差较大。为探索对这种陡峭地形风场的有效的数值模拟方法，本文选用法国美迪顺风公司的风能资源评估软件工具WT，采用25m×25m 的水平分辨率，4m 的垂直分辨率，模拟以7 号测风塔为中心、半径7.5km 范围内的风能资源分布，然后用7 号测风塔观测资料进行检验。WT 软件基于Navier-Stokes 方程非线性求解，较动力诊断方法能更好地描述大气边界层的湍流运动。在WT 计算范围，采用WRF 模式计算输出的每小时格点数据作为输入数据，分别计算了7 号塔位置上2003 年10 月和2004 年1 月60m 高度的风向风速，得到了风向玫瑰图（图7）和风速频率分布图（图8）。
　　图7 给出了分别由测风塔观测资料、WRF/CALMET 模拟结果、WT 计算结果得出的风向玫瑰图。从图中可以看到，WRF/CALMET 与WT 计算结果相近，计算得出的盛行风向与测风塔观测一致，但频率则差别较大。从图8 中可以看到，CALMET 模拟结果在2003 年10 月 12m/s 风速区间、2004年1 月 10m/s 风速区间内的频率要明显大于测风塔的实际观测。相比之下， WT 的计算结果不仅在高风速区间频率分布与实际观测相一致，在低风速区间的频率分布也很接近。因此对WT 计算结果的月平均风速的误差检验表明，2003年10 月和2004 年1 月的月平均风速区模拟相对误差分别为-5.40% 和0.04%。