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基于NLMSFD模式的风能资源评估数值方法研究

作　者: 李文静
导　师: 刘晶淼
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 气象学
关键词: NLMSFD模式风资源评估模拟效果
分类号: P468.026
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

针对风电场建设要求,本文利用加拿大的非线性高分辨率数值模式NLMSFD(Non-linear Mixed Spectral Finite Difference Model)尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上一年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100m×100m分辨率的风资源分布情况,评价了NLMSFD模式在山东荣成地区的可适用性。主要结论如下:(1)采用两塔的月平均风速资料驱动模式,获取了试验区内一年四季的风速空间分布信息,将模拟值与实测值对比发现,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。另外,模拟风速在各高度层上的分布与地形的起伏有关,在地势较高、坡度变化大的地区,风速梯度较大,而在地势低而平缓的地区风速梯度变化也较小。(2)利用不同位置、高度的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10m高度的资料驱动模式的模拟精度好。(3)运用WAsP软件和NLMSFD模式在A塔处对模拟的风速进行对比试验,发现WAsP软件模拟的风速均大于NLMSFD模式的模拟结果,且在10m高度上,WAsP的模拟风速更接近观测值;而在70m高度上,NLMSFD的模拟值与观测值更为接近。(4)分析了个别时刻A、B两塔地理位置的盛行风向对模式模拟结果的影响。当盛行风向对A、B位置风速有影响时,模式模拟的效果较好;当盛行风向对A、B位置的风速无影响时,模式的模拟效果较差。同时,在两塔风向一定时,大风速和小风速对模式的影响也会不同,模式对大风速度的模拟效果要好于对小风速的模拟。(5)讨论了1月不同地表粗糙度值下模拟效果的差异。利用大风阴天计算的粗糙度值、平均风速值驱动模式,与利用月平均风速及其计算的粗糙度值驱动模式得到的模拟结果不同。同在大风阴天条件时,B塔月平均风速驱动得到的模拟效果较好,但A塔月平均风速驱动的模拟结果稍差。这些结果说明NLMSFD模式对于山东荣成地区精细化风资源评估及风电场选址具有一定的参考应用价值,但由于是初次引用该模式进行尝试,今后还需要对风能评估需要的其它要素进行研究,以进一步探讨模式的开发应用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 风能开发利用的重要意义  8-9
  1.2 风能资源的分布情况  9-10
    1.2.1 全球的风能资源分布  9
    1.2.2 我国的风能资源分布  9-10
  1.3 风能资源评估技术概况  10-13
    1.3.1 评估技术方法  10-11
    1.3.2 数值模拟的评估方法  11-13
  1.4 研究目的和主要内容  13-15
    1.4.1 研究目的  13
    1.4.2 研究内容  13-15
第二章 NLMSFD 模式介绍及资料方法  15-22
  2.1 NLMSFD 模式  15-19
    2.1.1 NLMSFD 模式的建立和发展  15-16
    2.1.2 NLSFD 模式的理论基础  16-19
    2.1.3 NLMSFD 模式的组成和存在问题  19
  2.2 资料和研究方法  19-22
第三章NLMSFD 模式对山东荣成地区风电场风速分布情况的模拟  22-28
  3.1 基于B 塔10M处风速驱动模拟A 位置的风速垂直分布  22-24
  3.2 基于A 塔10M处风速驱动模拟B 位置的风速垂直分布  24-26
  3.3 水平风速分布情况的模拟  26-28
第四章利用不同高度观测风速驱动NLMSFD 模式的模拟  28-32
  4.1 基于A 塔其它高度层风速驱动模拟B 位置的垂直分布  28-30
  4.2 基于B 塔其它高度层风速驱动模拟A 位置的垂直分布  30-32
第五章 NLMSFD 模式适用性讨论  32-46
  5.1 NLMSFD 模式与WASP 软件模拟结果的对比  32-38
    5.1.1 NLMSFD 模式与WAsP 软件模拟的水平风速对比  32-37
    5.1.2 NLMSFD 模式与WAsP 软件模拟的A 点风速对比  37-38
  5.2 A、B 塔风向对模式的影响  38-41
    5.2.1 盛行风向对A、B 塔风速有影响的情况  38-40
    5.2.2 盛行风向对A、B 塔风速无影响的情况  40-41
  5.3 粗糙度的敏感性试验  41-46
    5.3.1 采用月平均风速v 驱动的模拟  41-43
    5.3.2 采用中性条件的平均风速v 中驱动的模拟  43-46
第六章结论与讨论  46-48
参考文献  48-52
致谢  52-53
个人简介  53

基于NLMSFD模式的风能资源评估数值方法研究

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