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在实际风况中,即使风向很集中的地区,其风向也不是同一个值,而是集中在一个较小的角度范围内。如下图,主风向为N,风向值主要集中在0~20°之间。
风机排布时,理论要垂直于主风向。但从上图可以看出,主风向为一个范围,即使像上图风向集中程度已经很高的情况,风向变化范围仍有20°之大。这就导致风机排布的方向有20°的活动范围。在这20°的范围内,风向与点位阵列的偏差可能导致发电量的减少。
为减少其他因素影响,设置参数如下:
01地形图人工生成为同一高度,即不存在地形的高差导致的发电量影响。
02风速数据采用原始测风数据,其中风向人为修改为同一值,依次改变风向值,生成多个计算用的数据文件。
03风机间距按5D×10D排布。
04采用WT 5.2.1版本计算。设置兴趣区域步长为40m,水平分辨率为25m,垂直分辨率为4m,扇区步长为10°,热稳定度选中性。
05减少地面粗糙度的影响,不使用粗糙度文件。
按5×8台机位布置,共40台机位。初始风向设置为西风,风向垂直风机阵列,起始风向偏差按0°计算。然后修改风向从西风逐渐转为北风,风向偏差逐渐增加,依次为10°、20°、30°、45°、60°、75°、90°等情况。风机排布方案和风向数据见下图:
经过计算,对40台风机点位的发电小时数进行统计,求取平均值,计算结果如下:
从图中可以看出:
01当风向以不同角度吹向并排风机时,发电量会有变化。角度从0°~75°,发电小时数相差不大,在13%以内。当风向转到90°时,即行间距缩小为5D,列间距缩小为10D时,发电小时数出现骤减。
02当风向为0°和90°时,即风向垂直吹向机组阵列时,发电量反而不是最高值。当角度为10°和75°,即风向偏差10~15°时,发电量最高。因此风电机组阵列在略微偏差主风向一个角度时,发电效益最好。
03当风向偏差为30°时,发电量处于第二个低谷。根据风机排布间距,当角度在30°左右时,风机的斜对角方向与风向一致。
结论:
01风向的偏差对风电场发电效益有影响。当风向偏差在±20°以内时,发电效益最好。
02当风向完全垂直于风机矩阵时,发电量有略微的降低。
因此在评估风场风向时要尽可能准确,风机排布时要考虑主风向的分布区间,选取分布区间的中间值作为主风向较为合理。主风向的中间值可考虑采用最小二乘法等方法,具体操作方法暂未分析,大家可进一步思考。
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