基于数值模拟的南四湖风能资源初步评估

2019-09-24

杨明祥 雷晓辉

摘要:基于气象站与测风塔的区域风能资源评估具有较大局限性,前者无法获得风机轮毂高度处的风速资料,评估精度较低,后者难以获得较长时间观测资料,对平均风速的年际变化反映不足,且评估成本较高。选取南四湖周边地区为研究对象,基于WRF构建该地区数值天气预报模式,在NCEP FNL资料的驱动下实现南四湖地区20002016年的小时风场模拟。提取80 m高度处风场模拟信息,通过年平均风速、年平均风功率密度、年可利用小时数、年内风速分布、主风向等指标,对该地区风能资源进行了初步评估,认为该地区风能资源具备一定开发利用价值,且靠近南水北调东线泵站群等能源消耗中心,有利于风电的就地消纳,为该地区风能资源详查和开发利用提供了一定的参考。

关键词:南四湖;风能资源评估;WRF模式;数值模拟

中图分类号:P962文献标志码:A文章编号:

16721683(2018)02018207

Abstract:

The assessment methods of regional wind resources based on meteorological stations and anemometer towers have some limitations.The former does not have access to the wind speed data of the fan wheel,and has low evaluation precision.The latter has difficulty in getting longtime observation data,cannot provide sufficient description of the interannual variability of the average wind speed,and has high evaluation cost.In this article,we selected the surrounding area of Nansi Lake as the object of study,constructed the numerical weather forecast mode of this region based on WRF,and realized the simulation of hourly wind field around Nansi Lake from 2000 to 2016.Extracting the simulation information of wind field at 80m height,we conducted preliminary evaluation of the wind energy resources in this region by studying the annual average wind speed,annual average wind power density,annual available hours,annual wind speed distribution,and prevailing wind direction.We held that the wind energy resources in this region have certain development and utilization value.As it is close to the energy consumption centers such as the pumping stations group of the East Route of the SouthtoNorth Water Transfer Project,the wind electricity can be used locally.This paper provides certain reference for checking and utilizing wind energy resources in this region.

Key words:Nansi Lake;wind resource assessment;WRF Model;numerical simulation

风能资源评估是风电开发的重要环节,有助于摸清待开发区域的风场分布,风能储量等,对电厂布局设计和风能资源详查有重要指导意义[1]。目前,风资源评估主要基于气象站或者测风塔进行[25]。然而,气象站往往只能获得10 m高度处的风速,无法直接对风力发电机80m甚至更高的位置进行评估,在风资源评估中具有先天不足[6]。测风塔虽然可以获取大多数风机所在高度的风速资料,但建设成本较高,测风周期较长,难以直接获取一个地区多年的平均风能情况,评估效果可靠性有限[79]。近些年来,随着气象数值模式与高性能计算机技术的发展,利用数值模拟方式对研究区风场进行较长时间的模拟,获取研究区年平均风速分布、可利用小时数分布、主导风向等关键指标受到了越来越多研究人员和工程人员的关注。罗梦森等人利用WRF(Weather Research and Forecast)模式对江苏沿海地区风资源状况进行了数值模拟和评估,并据此对风力发电场的位置给出了建议[10]。汪明军等人利用中尺度气象模式对长三角地区2010年10月份的风场进行了数值模拟,并对该地区近地层和高空风资源进行了评估[11]。陈楠等人利用WRF模式对广东海上风资源进行了量化估计,并利用测风塔实测资料进行了对比分析,发现两者评估结果无明显差别[12]。NREL实验室通过中尺度数值模拟技术实现了美国近海风能资源评估,并绘制了90 m高度处高分辨率的风能资源分布图[13]。Riso实验室利用中尺度数值模式数据,对欧洲部分区域进行了分辨率为2~5 km的风能资源评估,并生成了高分辨率风资源分布图[14]。可见,围绕数值模式在风资源评估中的应用,国内外已经开展了大量研究工作。然而,目前研究多是对一年或一段时间的风场进行模拟评估,未充分考虑风速在年际间变化的影响。有研究表明,过短的资料并不能准确反映当地的风况,一般认为5~10 a或者10 a以上的观测资料能比较客观地反映该地的真实状况[15]。本文选择南四湖周边作为研究区,基于三层嵌套构建该区域WRF模式,并在美国国家环境预报中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的FNL全球分析资料(Final Operational Global Analysis)的驱动下,实现南四湖周边长达17 a的风场模拟及初步评估,以期为数值模式在风能资源评估中的应用提供一定参考,为南四湖周边风能资源详查和开发提供一定a请记住本站备用网址:深圳桑拿,收藏本站链接地址:http://www.szsn.pro

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