湖南大學李正農：沿海風力發電機組尾流特性及上風向建筑物對機組發電量影響的研究

　　2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

　　

　　在19日下午召開的風資源精細化評估論壇上，李正農，湖南大學教授/博導李正農發表了題為《沿海風力發電機組尾流特性及上風向建筑物對機組發電量影響的研究》的主題演講。

　　

　　李正農：我今天主要是講題目“沿海風力發電機組尾流特性及上風向建筑物對機組發電量影響的研究”。都是用無人機測的，這是我們的提綱，不詳細講了。

　　

　　首先是研究工作基礎，主要有無人機搭載超聲風速儀，當時我們實測地點就是在北京延慶對40米高測風塔的數據進行比較，總體來說準確度該是不錯的。

　　

　　擬合風剖面精度比較高，脈動風特性參數較為接近于測風塔的實測值，這是具體的實測場地，有一些圖風場風速這些東西。

　　

　　尾流效應這些東西，我們國家主要是現在要實行雙碳目標，風力發電要大幅度增加，所以說我們有很多問題需要解決，首先測風的問題，包括新建的風場和已有的風場。

　　

　　現在有一些實測或者計算的例子，或者尾流模型都是有一點的，但是真正的實測情況還是比較少的，所以我們要開展這方面的研究。

　　

　　這里頭有這個問題，主要是利用數字模型或者風速實驗，對微觀選址，風能利用效率進行研究。我們還發現，這是別人說的，說高深建筑對于風場發電效率有影響，所以我們也做了一些這方面的研究。

　　

　　這里主要研究方法很多了，有測風塔，有激光雷達，已經做了PIV風洞試驗，測風塔可能這個時刻比較好，下個時刻風向一變沒法測了，再就是激光雷達，它測量的數據是比較全面的，但是也有一些問題，再就是PIV的風洞試驗也有一些問題，它尺度太小了，因為研究空氣動力學實際上來說這個尺度效應影響是非常明確的，可以說是非常大的。

　　

　　主要研究的問題，一個就是沿海風力發電機組的尾流效應。我們具體是采用兩臺六旋翼無人機在溫嶺市某風電場，前面一臺，后面一臺，來流和尾流進行分析研究，得到來流和尾巴風火面，這是實測地點，這個風場一字型排布，不像西北地區很多風場，一個風場中間很密，它就是一排，有它的好處相互之間干擾比較小，但是我們當時就想找一個機會測處理前面風過來之后，經過第一個風機看看尾流怎么樣，再到第二個風機，再到第三個，結果他始終方風向沒有出現，而且現在新冠肺炎局勢比較撲朔迷離，我們搞個把月就趕緊撤退了，怕滯留在那里。

　　

　　一個是在風力機里70米長時間測風，另外一臺無人機固定在不同的高度給測處理。垂直風剖面的一些實測，這是垂直的。還有水平的風剖面。然后我們看右邊這張圖，是我們測出來，它這個地貌是接近于結構荷載規定的A類地貌，指數是0.12。

　　

　　這是尾流風速，這是不同距，0.5D，1D，2D，2.5D測處理的，它對風速的削減還是很明顯的，特別在比較近的2.5D范圍之內還是比較明顯的，這里頭還是有另外一些問題，比如說上面那個地方的風速也有降低。

　　

　　這是平面的，是這么一個情況，當然近處和遠處不一樣，總得來說就是這個樣子。

　　

　　基本上來說可以根據這些實測數據，根據回歸和數據修正，基本上得出一個平均風速的數值。水平平面尾流特性，基本上是這個樣子，然后這尾流特性進行分析，我們實際上測的比較遠，測到了多少米，測到了800米，這樣的話基本上就是這個樣子，然后第二個問題，上風向建筑物發電量的影響，我們正好做風電場，當時我們跟風電場廠長討論這個問題，最近幾年發電量明顯下降，原因就說，那邊主要是北風或者東北風，也有西北風，北面正北方向搞了一個小區，看看到底有多大的影響，我們就做了這方面工作，這個圖就是這個小區，我們測了一下，這個小區建筑的上方向它的一個風火面和下方向的風火面，當然這里頭也有一個問題，它并不是正好是那個方向，但是總體也是差不多的。

　　

　　算出來了來流剖面地面粗糙度0.1516，尾流跑面地面粗糙度值為0.2026，這個影響就很大了。所以說發電廠就有明顯的影響，因為具體的發電量這不好說，但是我主要做建筑抗風的，相差一類風場，C類風場和B類風場之間，基礎的檢例大概一類風場相差30%，這就很大了，所以它有大概百分之十幾二十的影響，那樣應該來說還是比較靠譜的，所以它這個功率我們估算一下大概損失40%。

　　

　　總結和展望，我們發現利用無人機搭載風速儀的風力機尾流風特性實測方法可行的，通過無人機搭載現場實測，得到了平均風速剖面，當然我們下一步一個是測風手段，和傳統的手段相融合，還有數字模擬手段融合起來，正進一步推進這個工作，謝謝大家。

　　

　　（根據速記整理，未經本人審核）