基于SCADA數(shù)據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)解析尾流模型可靠性與尾流疊加研究

張 皓，易 侃，張子良，許 昌，李健英

（1.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100038；2.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京211100；3.上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

風(fēng)能作為全球能源市場(chǎng)上主要的可再生能源之一，在溫室氣體減排及能源電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。截至2020年底，全球風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到744GW，2020年新增裝機(jī)93 GW，與上一年同比增長(zhǎng)約50%[1]。隨著各國(guó)和地區(qū)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的相繼提出，預(yù)計(jì)未來(lái)30a風(fēng)電對(duì)全球發(fā)電量的貢獻(xiàn)將增至18%[2]。

在不斷增長(zhǎng)的風(fēng)能市場(chǎng)中，由于陸上風(fēng)電用地限制等因素，海上風(fēng)電取得了較快的發(fā)展。但是，由于海洋空氣環(huán)境湍流強(qiáng)度較低，上游風(fēng)力機(jī)形成的尾流區(qū)域的恢復(fù)速度明顯慢于陸上風(fēng)電場(chǎng)，進(jìn)一步加劇了下游風(fēng)力機(jī)的功率損失[3]。因此，海上風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)的科學(xué)準(zhǔn)確評(píng)估是進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)微觀選址和排布設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)能資源精細(xì)化評(píng)估和高效利用的重要基礎(chǔ)。

風(fēng)電場(chǎng)尾流評(píng)估主要采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模型和解析模型。CFD模型能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，但是對(duì)一個(gè)包含多臺(tái)風(fēng)力機(jī)的海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行CFD模擬所耗費(fèi)的時(shí)間成本往往是工程所不能接受的[4]。因此，解析模型是目前風(fēng)電工程中使用最多的方法。文獻(xiàn)[5]結(jié)合一維動(dòng)量定理對(duì)Park模型進(jìn)行補(bǔ)充，得到工程上最為廣泛應(yīng)用的Jensen模型[6]。Larsen G C依據(jù)邊界層方程推導(dǎo)出Larsen模型[7]。Frandsen S根據(jù)動(dòng)量守恒定理得到Frandsen模型，該模型假設(shè)與Jensen尾流模型基本一致，但是在推導(dǎo)過(guò)程中選用的控制體不同[8]。……