复杂地形风能资源微尺度数值模拟实验研究

【摘要】：本文运用中尺度数值模式WRF与法国CFD模式WT相结合的方法,进行了广东省海陵岛地区的风能资源数值模拟实验,研究基于Navier-Stocks方程的边界层动力模式与基于质量守恒的线性诊断模式的模式系统、以及单点外推与多点综合的数值模拟方法对风电场微尺度数值模拟评估的适用性。与大多数CFD软件不同的是,法国WT模式中设置了10类大气稳定度条件的求解选择,而其它CFD软件基本只在中性条件下求解。法国WT采用分块结构化对整个空间进行网格化。它在所设结果点处对其进行笛卡尔网格加密,网格单元维度的扩展以及长宽比受到控制,以避免收敛的不稳定性。本文数值模拟实验首先采用WRF模式的进行模拟,WRF模式采用三重嵌套网格,水平分辨率分别为27km、9km、3km,最内重网格的模拟输出结果最为WT模式的初始气象场。法国WT模式水平分辨率为50m,垂直分辨率为4m,地形数据采用SRTM3数据,水平扩展系数为1.1,垂直扩展系数为1.2,垂直参数为0.7,计算半径为12.5km。2003-2004年广东省气候中心在广东阳江海陵岛开展了风能观测实验,岛上7座测风塔的观测数据作为本文数值模拟结果的验证资料。法国WT模式采用Monin-Obukhov长度进行稳定度分类,考虑到我国在工程应用中通常采用Pasquill稳定度分类,本文采用经验算法推算了法国WT模式中各类稳定度与Pasquill稳定度的对应关系。数值模拟实验表明,考虑不同稳定度的年平均风速数值模拟误差小于只考虑中性稳定度的模拟误差。设立了三个数值模拟实验方案:采用单个WRF网格点输出结果的WT数值模拟方案;采用所有WRF网格点输出结果的WT数值模拟方案;采用单个WRF网格点输出结果的丹麦WAsP数值模拟方案。数值模拟实验对比分析表明,WRF/WAsP和WRF/WT方案的单点外推模拟方法产生的模拟误差,随着离开WRF网格点距离的增加而明显增加;当WRF网格点处于上风方、无地形阻挡且距离较近时,单点外推模拟方法相对于多点综合模拟方法有明显优势;采用中尺度模式与CFD相结合的模式系统、以及多点综合数值模拟方法,在大多是情况下更适用于复杂地形条件下的风电场微观选址风能资源数值模拟评估。 【作者单位】：中国气象局公共气象服务中心 南京信息工程大学 中国人民解放军理工大学
【关键词】：风能资源 微尺度数值模拟 CFD软件 复杂地形 风电场微观选址
【分类号】：TM614;TK81
【正文快照】： 1前言风能资源评估技术自上世纪70年代以来,经历了基于气象站历史观测资料的评估、基于气象塔观测资料的评估、风能资源数值模拟以及基于卫星遥感资料的技术发展历程[1]。从上世纪90年开始,世界各国都纷纷采用数值模拟技术开展风能资源评估,发展风能资源数值模式系统,目前风

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