城區分布式風力發電風能資源評估技術及方法探析

　　摘 要：與山地、草原以及開闊平原相比，城區或工業區的建設規劃和建筑物本身的外形更為復雜多變，風流受到建筑物影響而產生的各種擾動使得風流模擬更為復雜困難，如高層建筑周圍的狹管效應以及湍流強度計算等。本文結合實際案例，采用計算流體力學技術（CFD）對復雜城區風流場進行分析，以期更好地了解其風流屬性，為風能評估、風電機組選型及選址奠定基礎。
　　 0 引言
　　在以往的大規模集中式風能資源評估項目中，風電場建于高山、草甸、戈壁、灘涂、海上及開闊平原，只需要考慮地形以及地貌并進行項目建模即可模擬風流場，計算風能發電量，對建筑物或者障礙物考慮較少，并且由于距離較遠，可以通過粗糙度對其進行考慮，或者利用部分線性軟件將障礙物通過經驗模型，僅考慮其二維影響。但是，隨著分布式風力發電開發項目的深入發展，風電機組可能距離建筑物較近，此時再將其視為粗糙度或者進行簡單的二維影響分析，將與真實情況相差甚遠，甚至會出現誤導的結果。尤其是當建筑物本身并不規則時，可能出現周圍群體建筑使風流場本身變得更為復雜的情況，這樣就會帶來新的問題，如圖1 所示。城區建筑物高矮和建筑密度也會使大氣邊界層發生變化，給風流場的模擬帶來全新的挑戰。
　　1 Urbawind求解方程及邊界條件
　　為了更好地考慮復雜建筑或障礙物及復雜城區對風流場的影響，借助計算流體力學（CFD）技術可以計算流體的特性。描述流體運動的方程是質量和動量守恒方程（Navier-Stokes 方程）。三維瞬時 Navier-Stokes 方程的一般形式（笛卡爾張量形式）如下：