高低塔筒混排对提高风机阵列在中低风速段输出功率的意义-北极星风力发电网

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2020年10月14日，北京大学副研究员张日葵在2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）上作了题为《高低塔筒混排对提高风机阵列在中低风速段输出功率的意义》主题演讲。

以下为发言实录：

张日葵：大家在一个水平面上提排布的问题，我们现在提高一个纬度增加风场发电量的影响。以金科风场为背景做的，罗总这边的参与。肖老师提了一下，现在平价上网，你们比我感受更深刻，从根本上来说就是要降本要增效，提高发电量很多方式，我们从站在这个布局的角度，要么就是从水平面上间距上考虑，尾流的效应会降低，排布的台数会少，总的发电量并不一定是增加的，增加一个高度差，通过高度差降低上游风机对下游风机尾流的影响，增加上下层这个流动参混的效应。

数值计算的方式来做的对比的研究，我们举了一个风场的原形来自，烟墩风场在哈密，做我们的构造我们的…风机塔架高度的影响，还有包括艰巨的影响，因素很多我们除了原始的风场，我们做对比的风场，比如说原始有两排是高塔筒，120米的高塔，我们把这个高塔，我们做一个对比的计算，这个高塔，风机直径是111，我们把这个风直径改小，另外为了考虑这个地形因素，基于平地的这种对比，在这里边我们构造，这里边在间距和原来是一模一样的，把我们整个的工作做得更充分，做了一个进一步的做了更多的排布的分析，就是整个的风场面积是一样的，大概总的加起来1080D平方，构造排布就是原始的可能是平均是15D，纵向的排布，把15个D减掉，10个D，另外一个我们最开始的时候，其实原始的哈密，两排高塔，两排高塔我们可以变，把所有的改成低塔，其中一排改成高塔，依此类推，把刚才的15个D降到10个D，采用一种串联，增加扩大到相对艰巨增大，降到35。然后最密的情况，高塔的话，我们最高的时候可以排到里边有七排高塔，大概是这么一个，作为计算的一个对比的风场。

整个计算我们采用自己开发的软件，这个软件我们原来在航空的空气动力学我们做了大量的应用，整个软件的功能还是相对来说比较完备，这个算法上面，我们用的风廓面，地面有35台风机90台，降低计算量，这个是我们在计算的工况，因为这个里面有一点，我们在这里面没有测风塔，拿到数据，哈密整个风场，大概是半年累计下来，风速还有功率，所以我们半年统计数据做对表，功率作为我的基准，给一个风速算出来第一台功率，和实测出来的功率是一致的，我们总共是算，5到10米，5到6米阶段，最后是用5.8米计算，风向就是按政府8度，上游会打到下游相邻的风机的干扰。这是风机的处理，无论是在实测的，还是在仿真的，取这么一个风速段所有的测量的实测量的数据，风向我们取得正负八度，实测的功率，中间这一排。仿真也是一样的，这里面是给了其中的三个风向，这个正东风，这个向上偏拉，风速的分布。主要是压力，这个是湍流的分布，通过实测的风场数据比较验证现在用的整个方法是准确的，所以第一代风机，功率应用它的标的，下一个风机计算跟实测之间的差异性，黑点风场实测出来的，所有的数据评估下来的结果，红点是我们计算3D算出来的，这个吻合度非常高的，SCADA测量出来的当地的风速，红点我们计算算出来的当地的风速，这个蓝色的这个曲线根据当前的风机的功率，然后加功率曲线，我们推出来这个功率曲线，差别还是挺远的，有可能是功率曲线，也可能是SARS测量的差异。会差大概0.5米左右。另外一个风速，情况都比较类似，整个计算实测的结果非常高的，到9米10米，风场有一个限功率，所以导致计算，大家会比较大一些。这个不是计算的误差，从这里可以看出来，刚才说了SCADA跟功率曲线推出来的功率要低，9到10米，推出来的要高，这个地方实际上可以发电，有了这个数据，我们用了现场的实际的排布，再跟我们构造排布的比较，功率之间的差异性，因为高塔筒风机主要体现在第四排第五排，前面三排规律是一样的，看的时候只看这两排是高塔，现在风场实际排布，到了A1转成低塔，把塔架高度降下来，直径降下来功率的输出情况。把高塔降下来，显然功率一下降下来，降低还挺明显，20%几。这里会有增加，增加的原因，主要是因为原始的地形是有起伏，降下来会导致后面的风机有一定的错开。把高塔变成低塔，如果完全是平地，塔架降下来，尾流的影响会导致下游功率降下来，所以这是5.8米，四米的时候情况也都比较类似，基本上就是说，这个里面增加的是，增加主要通过，功率会差20%几的样子，但是下游的话功率的变化主要是通过尾流。这里面我们不大好去界定，尾流产生多大的效应，我们把中间这一排，公益全部加起来，跟原始方案跟我们高塔改低塔的敝盖，五到六米，全部是低塔这个功率岗地8%左右，降14%，其他的情况也是一样。

我们可以看到，曲线低速，风速越低的情况之下，高塔产生功率增加越大。在这个里边我们后来又补了很多计算，很多标准，目的是就是说我刚才的那个，因为有自然地形的影响，很难去界定，就是下游的风机处于尾流，高塔的风机对下游风机的改善有多少，没有定量的标准，所以我们风场很直白的看这个问题。前面相当于全部是低塔，比如说我们标准一跟标准二，风能的艰巨是15D。如果我们其中一排改成高塔，黄色的蓝色的全部是低塔，这个功率差异，都是对标全部是低塔，一台改高塔，增加对当前能增加40%几的功率，因为已经是百分比，到下游增加3%到4%，只改一台，如果增加两台，我们看这个值基本上翻倍。如果是增加采用300高塔，下游风机因此增加10%左右功率的增加，相对来说会更大，基本上增加一台，风机尾流产生功率的增加大概30%。

把风机的艰巨纵向艰巨再把它减小，风机间距降到10个D，功率增加大概90%，下游的风机基本上能增加4.4%到5%，加了两排高塔，下面大概是10%到14%。更密的，一个是应该是7.5个D，流向的间距是7.5个D。也是一样的，我们比如说加一台的话，基本上能增加，因为这个下游如果是完全到尾流发电量非常弱相对值增加非常大，这个是在风速比较低的情况下。风速高在2.9到3.5。对于尾流的影响。

把间距从15个D，变到10个D，增加百分之三点几，这个增加百分之六点几到百分之八点几。这个是加到7.5个D，这个基本上差不太多。本身因为高塔抬高了，功率增加80%，尾流改善了增加3.5%到4.3%。9.5的情况都比较类似，15个D的情况之下这个地方是4%。到10个D这个地方4%，这个地方8%，这个地方12%，这个到7.5，这个地方4%到5%，这个地方7%到8%，这个是11%。

总体来末高低混功率产生增加值两个方面，一个是高塔的风机，高塔尾流错开了，对低塔增进了产生功率也会有一定的增长，这种增长风机排布越密，另外一个就是说在整个中低改善的效果还是非常明显的，以上就是我的报告的内容。

（根据速记整理，未经本人审核）

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