风电场风切变

1、风电场风切变第1页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四风切变和风切变指数风切变：指大气中两点间风速变化梯度风切变可分为水平和垂直两大类在风电应用风切变仅指风在垂直方向上的变化规律及特征风切变指数表示：风速随高度变化服从普朗特经验公式地面粗糙度对风切变影响利用风切变幂律(风廓线)公式计算求得不同高度的风切变指数。第2页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四式中，Vn，Vi分别为高度Zn，Zi处的风速，为风切变指数，其值与地面粗糙度有关。风切变幂指数律第3页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四年平均风速计算：根据各测风高度的年平均风速计算风切变指数10

2、min的实测风速计算：根据10min风切变指数进行平均总风切变指数计算：计算出各层风切变指数后，最终总风切变指数可采用不同方法计算。目前常用的有各高度风切变指数平均值、高层风切变指数、使用各高度风切变指数拟合值风切变指数计算方法第4页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四地形变化对风切变影响地面粗糙度对风切变影响温度变化对风切变影响大气层稳定性与温度有关白天日照各空气层对流磨擦释放影响风切变指数的因素第5页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四内蒙风场实测风切变年变化曲线第6页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四风切变指数年变化季节影响根据国外研究在

3、马尔它Mediterranean岛的研究发现，10m和25m之间的风切变指数随季节变化明显，其中一月最大达到0.45、七月最小为0.29年变化中不同高度间指数变化不同第7页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四日变化：一天中晚上风切变指数大，而白天要小一些不同高度日变化：40m与80m之间的风切变明显高于1040之间的风切变超过100m稳定气流层风切变指数日变化第8页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四风切变指数日变化曲线Big Spring风场实测风切变日变化，NREL内蒙风场风切变日变化第9页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四10m40m50

4、m40m0.12550m0.092-0.11470m0.1170.0980.197负切变及指数拟合风切变指数负变化情况由于测风塔位于缓坡丘陵的顶部，由于地形作用，40-50m高度出现了负切变。问题： (1)幂指数拟合风切变指数偏低； (2)平均风切变指数偏小 (3)导致机组选型可能不合理 (4)塔架高度选择受影响第10页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四山脊应尽可能处于垂直于主风向的位置，而且山前不要有什么山形变化山前上升坡度到山尖应尽可能连续山脊风速的提高要高于园球型山。陡峭山上风速的提高与平地相比随高度变化会很快下降最佳坡度为1:3到1:4之间山附近地形情况对山上气流结构

5、有影响斜度高于1:4的山坡应避免山区风场选择第11页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四地面粗糙度影响粗糙度变化导致风切变改变地面粗糙度及温度影响第12页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四对发电量预测的影响测风塔选址位置机组选型影响风切变指数对风电场前期工作的影响第13页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四机组选型轮毂高度的50年一遇最大风速不同机位的实际海拔校核每个机组轮毂高度处的50年一遇最大风速塔架高度选择线路设计风切变指数对风电场设计的影响第14页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四机组选型轮毂高度的50年一遇最大风速极

6、端风速：不同机位实际海拔校核每个机组轮毂高度处的50年一遇最大风速高风切变出现概率影响机组选择IEC，GL，DNV有关规定正常运行条件和极端条件下指数极端条件的静载和疲劳载荷第15页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四IECDNVGLWind Shear Exponents for Normal Operating Conditions = 0.2 For all Wind Speed Classes Unstable Conditions 0.16Neutral Conditions 0.22 Stable Conditions 0.35 = 0.16 For Class I

7、 or II Sites Comparable Wind Shear Exponents for Extreme EventsEquivalent to a Shear Exponent = 1.13 in Steady Flow Equivalent to a Shear Exponent = 0.55 in Steady Flow IEC，GL，DNV有关规定第16页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四集电线路设计 线路铁塔或线杆受力安全性 线杆间合理间距选择 集电线路设计中风切变指数选用第17页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四风切变对风电场运行和维护的

8、影响风电机组安全性经济性影响影响风电场发电量第18页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四异常风切变对机组部件的影响传动系统的非正常磨损极端情况风电机组破坏的可能性设备安全防范措施机型选择时充分考虑高风切变影响控制策略选取风电机组安全性第19页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四正确分析不同季节高风切变指数出现的可能性和概率对温度变化带来的风切变影响应给予充分认识对于较高风切变指数出现频率高的风电场，应加大对传动系统以及叶片的检查力度风切变变化将影响机组性能风电机组安全性第20页，共22页，2022年，5月20日，5点9分，星期四经济性影响塔筒高度优化如果风切变指数小，则不必要选择过高的塔架，假设塔架能够降低5米，则相应塔筒投资可减少