【华南理工大学】可再生能源大会--袁煜明2_24页_5mb

第十九届中国可再生能源大会风能分会报告总结

研究背景

风能作为一种清洁可再生能源，具有分布广泛、易于获取的优势，但其利用率较低。全球低碳经济发展趋势推动风能技术进步，但风电场尾流效应复杂，尾流预测存在困难，影响整体发电效率和布局优化。

理论方法

尾流模型分类

1. 三类尾流模型

   • 分析模型：基于流体力学原理，计算复杂但精度高
   • 粘性涡流模型（DWM）：无压力项，采用定常流动假设，速度分布对称，适用于简单场景
   • CFD方法：高精度但计算效率低，需处理全流场数据

2. 改进尾流模型

   • 改进动态尾流模型（IDWM）：在DWM基础上修正切向、轴向速度及时间项，提升预测准确性
   • 致动线方法（ALM）：结合源项计算近尾流区域，简化控制方程，实现中等精度高效模拟
   • 混合方法（CFD(ALM)-IDWM）：融合CFD与ALM优势，通过数值松弛方法实现多尺度计算

验证与应用

验证方法

1. CFD方法验证

   • 采用风洞试验数据对比，验证不同偏航角（0°、10°、20°）下风机性能
   • 通过网格收敛性分析，评估计算精度与资源消耗

2. 混合尾流方法验证

   • 对串列风机布局进行模拟，对比CFD结果发现：
     • 经验公式与搜索切向速度零点法误差更小
     • 尾流中心跟踪方法可有效降低风机间气动干扰

应用效果

• 偏航角优化：在设计风速下，上游风机偏航15°可使整体系统功率提升最高达944%
• 混合模型优势：
  • 相比全CFD模型，总网格数减少50%以上
  • 计算效率提高40%以上
  • 保留高精度特性，降低计算成本

结论

1. 尾流中心的微小差异可能显著放大速度分布和气动载荷误差，导致高达50%的扭矩偏差
2. 混合尾流模型（CFD(ALM)-IDWM）通过多尺度计算策略，在精度与效率间取得平衡
3. 偏航角优化对风电场性能提升具有关键作用，混合模型可为实际工程提供高效解决方案
4. 实验与数值模拟结果验证了混合方法在复杂风场环境中的可靠性

（字数：998）