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图1 极坐标地形网格
1.2粗糙度
地表及障碍物引起的地表风速减慢,称为粗糙度。粗糙度可以用粗糙度长度(z0)描述。粗糙度长度表示在平均风速变为0的高度。根据Lettau[3]提出的经验公式,粗糙度长度(z0)与距地高度h以及与迎风面积S有关,若多个粗糙度单元均匀地分布在一个区域内,可用水平面积AH进行平均化。
Troen和Petersen在欧洲风图集里把地形表面特征分为四个等级,每个等级赋予不同的粗糙度长度[4]。其中,水面等级为0,粗糙度长度为0.0002。利用WAsP建模时,水面粗糙度长度必须设置为0(见表1)。
1.3障碍物
一些建筑物、树林离风机或者测风塔很近,不能视为粗糙度单元,应当看作障碍物。障碍物对水平距离小于50倍的障碍物高度,垂直距离小于3倍障碍物高度的区域风流特性有很大的影响,建议不要将此区域视为粗糙度单位。障碍物孔隙率根据障碍物表面按照表2设置。
表2障碍物孔隙率取值
2 实例
某分散式风电场位于沿海某省某企业工业园区内,所处区域地形平坦,海拔在5-40m之间。经纬方向X和Y范围分别在37 440 000-37 460 000和2 320 000-2 335 000之间。计划布置13台2MW风机,装机容量共计26MW,风机轮毂高度100m。
研究区域附近未立测风塔,缺少详细测风资料。分散式风电立测风塔的成本太高,吴莎等人[5]提出中尺度数据嵌套降尺度计算的方法,即将中尺度数据应用于虚拟测风塔的点模式,结合详细的地形图数据,获得更高分辨率的风资源图谱。因此,本文采用该地区merra2中尺度数据作为虚拟测风塔数据,虚拟测风塔位置与数据产生点一致,位于风电场西南侧,坐标为(37442650,2326338)。根据中尺度风模拟数据,该区域主风向为NE~NNE,100m高度处年平均风速5.69m/s,空气密度为1.185kg/m3。
2.1地图的处理
研究区域DEM数据从地理空间数据云下载,地理空间数据云提供分辨率30m精度和90m精度的两种DEM数据。本次采用30m精度的DEM数据。利用globalmapper软件生产等高线,利用Wasp自带的软件WAsP map editor编辑粗糙度和生成地图文件。风机布置及地形图如图2所示。
图 2 案例区域地形图及风机布置
2.2地形描述
研究区域内厂房建筑物及设施设备较多,可用于建设风机基础的土地零散、机位有限。为详细表达风场地貌,本文分别采用粗糙度和障碍物模型共同描述风场地貌对风流的影响。厂区粗糙度长度取0.5m,对于区域内高于30m的建筑物在WAsP软件中定义为障碍物(见图3、图4)。
图3 粗糙度模型
图4 障碍物模型
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