[发明专利]基于数值天气预报和计算流体动力学的风资源评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统与控制技术领域，尤其涉及应用于风电场风资源评估方面。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，能源需求成倍增长。在可再生能源的开发利用中，风能已成为目前世界上最引人注目的新能源，而风力发电是目前技术最为成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的利用方式。

在风能资源开发过程中，前期的风能资源评估、风电场选址极为重要。场址选择的关键问题是要真正了解风能资源的状况、分布和变化，分析与寻找合适的潜在风电场场址。因此，客观、准确的风能资源评估是促进风能规模化发展、大型风电场建设的重要前提和保障。

风能资源评估技术的方法主要包括：基于气象站观测资料的评估、基于测风塔观测资料的评估以及风能资源评估的数值模拟。

前两种方法为传统的通过对气象站历史观测资料或者待建风电场位置安装测风塔实施1～2年观测后的观测资料内插或外推进行的评估。到目前为止，世界上很多国家都已根据本国已有的观测资料绘制了各自的风能资源图谱并建立了风能资源数据库。中国已开展的三次风能资源普查工作采用的对历史测风资料的统计分析方法，计算各气象站的平均风速、Weibull参数等风能参数，给出10m高度上的风能资源分布。但由于气象站或测风塔的资料时段不统一、观测站点分布的不均匀分辨率太低、测风塔观测的人力物力耗费大等，仅仅依靠气象观测站或测风塔的观测资料进行大范围区域风能资源评估是不可行或效率较低的。

基于数值模拟技术的方法根据大气动力、热力学基本原理，给出计算范围内连续分布的风况利用。从理论上而言，数值模拟技术可模拟任意高度、水平分辨率几十米至几公里不等、不同地表特征的风能资源分布。目前国外普遍采用风能资源数值模拟技术，普遍使用的方法是：中尺度数值模式与微尺度数值模式的结合。中尺度数值模式获得宏观的风资源分布情况，微尺度数值模式模拟近地层风资源分布情况。例如：丹麦Risoe实验室发展了将中尺度数值模式KAMM与微尺度线性风场诊断模式WASP；美国的MesoMap是一个非静力中尺度数值模式MASS与一个质量守恒的风场模拟线性模式WindMap相结合的风资源评估系统。但是上述这些模式不能预测流体的分离，对于陡峭地形的山区和粗糙的地表条件来说，复杂地形，地貌，风机尾流效应的影响使上述数值模式计算结果不够准确。

目前国内风电场商主要选用一些商业化的风能资源评估及风电场微观选址软件开展评估工作。评估风资源分布情况时，将测风塔的风流数据载入这些CFD软件中，利用计算流体力学求解风场边界条件下的流体力学微分方程，可充分考虑陡峭地形，地貌，风机尾流影响，计算结果准确，可获得微观风场内的基本流动细节，根据空气流动的能量分布安排风机。其中市场占有率较大的软件主要有WindPro、Meteodyn WT等。但是这种只利用CFD软件的方法，需要依靠测风塔的风流数据作为输入数据进行模拟，而测风塔具有观测资料时段不统一、观测站点分布不均匀，分辨率低、测风塔观测人力物力耗费大的缺陷，使这种依靠测风塔的观测资料作为CFD软件输入数据的方法不能进行大范围区域风能资源评估。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于数值天气预报和计算流体动力学的风资源评估方法，以实现不局限于地理位置，测风塔资料、地表特征复杂性、且评估结果更为可靠的风能资源的评估。该方法具体包括以下步骤：

利用数值天气预报模式模拟选定年份的风电场区域风速情况，获得所述数值天气预报模式所设置的格点的风速风向时间变化序列；

从所述格点的风速风向时间变化序列中选取一个或多个格点的风速风向时间变化序列，输入计算流体动力学CFD软件，计算得到全风场的风资源情况。

其中所述数值天气预报模式具体采用完全可压缩以及非静力Weather Research Forecast模式，即WRF模式；所述CFD软件具体为Meteodyn WT软件。

在利用数值天气预报模式模拟选定年份的风电场区域风速情况之前，先利用数值天气预报模式模拟与已有测风塔资料同期的逐日模拟，获得模拟结果；根据模拟结果与所述测风塔资料之间的误差，调整数值天气预报模式参数以订正模拟结果。

而且，在计算得到全风场的风资源情况的步骤之后，还可以输入测风塔资料到CFD软件中，进行二次建模，将计算得到的风电场的风资源情况作为对比数据；将所述全风场的风资源情况与对比数据进行比对；根据比对结果，对数值天气预报模式和CFD软件进行参数调试，修正以数值天气预报模式模拟结果作为CFD软件的输入所计算得到的所述全风场的风资源情况，得到更加准确的风资源情况结果。