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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  来源:北极星风力发电网    2020/10/15 10:44:35  我要投稿  

北极星风力发电网讯: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。

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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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