城区分布式风力发电风能资源评估技术及方法探析

　　摘 要：与山地、草原以及开阔平原相比，城区或工业区的建设规划和建筑物本身的外形更为复杂多变，风流受到建筑物影响而产生的各种扰动使得风流模拟更为复杂困难，如高层建筑周围的狭管效应以及湍流强度计算等。本文结合实际案例，采用计算流体力学技术（CFD）对复杂城区风流场进行分析，以期更好地了解其风流属性，为风能评估、风电机组选型及选址奠定基础。
　　 0 引言
　　在以往的大规模集中式风能资源评估项目中，风电场建于高山、草甸、戈壁、滩涂、海上及开阔平原，只需要考虑地形以及地貌并进行项目建模即可模拟风流场，计算风能发电量，对建筑物或者障碍物考虑较少，并且由于距离较远，可以通过粗糙度对其进行考虑，或者利用部分线性软件将障碍物通过经验模型，仅考虑其二维影响。但是，随着分布式风力发电开发项目的深入发展，风电机组可能距离建筑物较近，此时再将其视为粗糙度或者进行简单的二维影响分析，将与真实情况相差甚远，甚至会出现误导的结果。尤其是当建筑物本身并不规则时，可能出现周围群体建筑使风流场本身变得更为复杂的情况，这样就会带来新的问题，如图1 所示。城区建筑物高矮和建筑密度也会使大气边界层发生变化，给风流场的模拟带来全新的挑战。
　　1 Urbawind求解方程及边界条件
　　为了更好地考虑复杂建筑或障碍物及复杂城区对风流场的影响，借助计算流体力学（CFD）技术可以计算流体的特性。描述流体运动的方程是质量和动量守恒方程（Navier-Stokes 方程）。三维瞬时 Navier-Stokes 方程的一般形式（笛卡尔张量形式）如下：