Page 85 - 电力与能源2024年第一期

孟令峰，等：海面粗糙度与尾流衰减系数对近海风电场发电量的影响 79

在 WAsP 软件中，选用的是 Park 尾流修正模 方案如表 2 所示。
型。该模型在丹麦学家 Jensen 提出的尾流模型基 表 2 粗糙度设置方案
础上，增加了尾流速度衰减平方。 方案 海面粗糙度
尾流衰减系数 k s 可以通过下式确定： 1 0.001
2 0.002
k s=A/ln（h/z 0 ） （8）
3 0.003
式中 A——常数；h——风机轮廓高度，m。 4 0.004
从式（8）可以看出，尾流衰减系数是风速与粗 5 0.005
糙度的函数，根据 WAsP 软件用户手册，陆上风电 在大规模风电场中，尾流影响是年度发电量

场的尾流衰减系数推荐取值为 0.075，海上风电场 （AEP）计算中最大的损失因素，尤其在海上风电
的尾流衰减系数推荐取值为 0.05。 场中尤为明显。这主要因为海上风电场风机尺寸
在海上风电场中的研究中，学者们往往对大 和阵列规模大，湍流较少，尾流消散速度相对较
气的影响进行简化处理，即将大气假定为中性，忽 慢。受潜在大规模阵列和大气稳定度的影响，海
视了热稳定性的影响。然而，热稳定性对海上风 上风电场的尾流效应比陆地更为明显。对海上尾
电场，尤其是风速小于 6 m·s 的风电场中有着重 流的影响了解不到，这应大规模海上风电场和临
－1
要影响。尾流损耗系数还应根据不同热稳定性下 近海域风电场尤其需要关注，包括不同因素引起
的情况对 Jensen 公式进行修正取值。 海上尾流的机制。

2 风电场案例分析 研究表明，海域内不同的尾流衰减系数需要
采取不同的方案。以江苏为例，WAsP 建议设备
2.1 风电场基本情况
尾流值为 0.05，但实际上设计值为 0.04 由与实际
风电场基本信息如下：
测出来的发电量相符。总体而言，在不考虑热通
（1）地理位置：福建省。
量、热稳定性等影响因素的情况下，我国海域内尾
（2）地 形 地 貌 ：潮 间 带 海 域 ，风 电 场 区 域 海
流衰减系数通常在 0.03~0.05。
底高。
为比较尾流对发电量的影响，采用粗糙度方
（3）测风塔：场区中心点偏东北侧。
案 1 进行分析，共设置了 3 种方案：尾流 0.05、尾流
（4）风机布置：风电机组间距为 5 D～10 D，单
0.04 以及尾流 0.03，以验证尾流对发电量的影响。
机容量 16 MW，周边有风电场建成。
尾流衰减方案的参数设置如表 3 所示。
2.2 风资源条件分析
风电场址区域在 140 m 高度处的年平均风速 表 3 尾流衰减设置方案
方案 粗糙度 尾流衰减系数
为 8.97 m·s ，风功率密度为 689.95 W·m 。主
－1
－2
1 0.001 0.03
风能为北北东（NNE），次主风能为北（N），分别占 2 0.001 0.04
总 风 能 的 65.24% 和 18.64%；主 风 向 为 北 北 东 3 0.001 0.05
（NNE），次主风向为南南西（SSW），分别占总频 3.2 发电量计算

率的 43.73% 和 14.82%。 尾流衰减系数固定不变，不同海面粗糙度下
的发电量如表 4 所示。
3 发电量计算及分析
表 4 不同粗糙度下的发电量
3.1 参数设置 方案 海面粗糙度 尾流衰减系数 发电量/GWh
WAsP 软件推荐海面粗糙度取定值为0.000 2 m。 1 0.001 0.03 71.473
然而，近海粗糙度不同于可看作远海的粗糙度，其 2 0.002 0.03 70.302
3 0.003 0.03 69.646
与水深、离岸距离等都息息相关。本报告设置范
4 0.004 0.03 69.148
围为 0~0.005 的粗糙度值进行验证。粗糙度设置 5 0.005 0.03 68.783