中國(guó)風(fēng)電材料設(shè)備網(wǎng)訊：摘　要：湍流強(qiáng)度是風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估中的重要參數(shù)，也是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)與選型的主要依據(jù)。本文介紹了多種計(jì)算湍流強(qiáng)度的方法，重點(diǎn)闡述了基于CFD 湍流模型的湍流強(qiáng)度計(jì)算方法，并利用Meteodyn WT 軟件的CFD 方法對(duì)某復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位湍流強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果與線性模型計(jì)算結(jié)果、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。分析表明該方法模擬結(jié)果較好，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源評(píng)估、微觀選址有較好的指導(dǎo)意義。
　　1.引言
　　隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快可再生能源發(fā)展、改善環(huán)境的能源發(fā)展戰(zhàn)略逐步實(shí)施，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)在建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)的大環(huán)境下得到長(zhǎng)足發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量正在快速增長(zhǎng)。截止2012 年底我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為75.32GW，按照全國(guó)風(fēng)電可裝機(jī)容量1000GW計(jì)算，已開發(fā)容量不到可裝機(jī)量的10%，風(fēng)電開發(fā)大有前景。但由于我國(guó)傳統(tǒng)的風(fēng)資源豐富地區(qū)（“三北”地區(qū)）電網(wǎng)消納原因，存在很多棄風(fēng)限電現(xiàn)象，這些地區(qū)風(fēng)電發(fā)展速度放緩，而中南、西南地區(qū)由于處于電力負(fù)荷消納終端，故近年來(lái)這些地區(qū)山地風(fēng)電場(chǎng)悄然興起。
　　風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)中，選擇合適的機(jī)型和確保機(jī)組安全性是影響風(fēng)電場(chǎng)收益的主要因素，其中湍流強(qiáng)度是機(jī)組選型和安全性評(píng)估的一個(gè)很重要的參數(shù)，特別是在地形復(fù)雜的山地風(fēng)電場(chǎng)尤為突出。湍流強(qiáng)度與風(fēng)自身特性、地形、地貌、障礙物等因素息息相關(guān)，而在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中，機(jī)位湍流強(qiáng)度往往是較為忽視的參數(shù)，對(duì)后續(xù)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量收益以及機(jī)組安全性產(chǎn)生了隱患。因此湍流強(qiáng)度計(jì)算與評(píng)估的準(zhǔn)確性也是評(píng)判建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)成敗的關(guān)鍵指標(biāo)之一。
　　在風(fēng)電場(chǎng)前期風(fēng)能資源評(píng)估、風(fēng)電后評(píng)估工作中，以前大多借助丹麥RisΦ 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的WAsP商業(yè)化軟件，該軟件適用于平坦而簡(jiǎn)單的地形，對(duì)復(fù)雜地形具有局限性[2]。我國(guó)中南、西南部地區(qū)多為地形復(fù)雜的丘陵山地，同等條件下，山地海拔越高，風(fēng)能資源相對(duì)越豐富，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，很多山地風(fēng)電場(chǎng)相繼開發(fā)并投產(chǎn)發(fā)電，對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)湍流強(qiáng)度的準(zhǔn)確評(píng)估成為重要的課題。本文采用基于CFD計(jì)算原理的軟件—Meteodyn WT 以及基于線性模型的WAsP 軟件對(duì)某復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)湍流強(qiáng)度進(jìn)行仿真計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為以后風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行更合理的機(jī)組選型以及校核風(fēng)力發(fā)電機(jī)組適用性提供參考。
　　2. 湍流強(qiáng)度與湍流數(shù)值模擬方法
　　湍流流動(dòng)是自然界和工程中最普遍存在的流體運(yùn)動(dòng)，在多數(shù)工程問(wèn)題中流體的流動(dòng)往往處于湍流狀態(tài)。大氣運(yùn)動(dòng)就是一種典型的湍流流動(dòng)，湍流流動(dòng)是一種隨機(jī)的過(guò)程，可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，湍流就是短時(shí)間（一般少于10 分鐘）內(nèi)的風(fēng)速波動(dòng)，如圖1 所示，U(t)=U+ u’(t)[3]，其中U(t) 為瞬時(shí)風(fēng)速，U 為統(tǒng)計(jì)時(shí)間段平均風(fēng)速值，u’(t) 為湍流脈動(dòng)風(fēng)速。湍流脈動(dòng)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特性包括湍流強(qiáng)度、湍流尺度、功率譜密度、陣風(fēng)系數(shù)等，其中在風(fēng)電行業(yè)中湍流強(qiáng)度是個(gè)非常重要的參數(shù)。

　　湍流產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)：一個(gè)是當(dāng)氣流流動(dòng)時(shí)，由于地形差異（例如山峰）造成的與地表的“摩擦”；另一個(gè)是由于空氣密度差異和氣溫變化的熱效應(yīng)空氣團(tuán)垂直運(yùn)動(dòng)。湍流將引起風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)和載荷的變化，影響風(fēng)電機(jī)組使用壽命和安全運(yùn)行。