見微知著:從經典的尾流效應模型說開去

2021-01-20 風電聚焦

1986 年新疆風能研究所用好不容易籌措到的資金從丹麥引進了兩颱風電機組。這件事兒對整個中國風電行業的影響非常深遠，它表明中國風電發展的序幕已經悄悄拉開。


也是在 1986 年，歐洲風能協會在義大利的羅馬召開了一次學術會議。在這次會議上，有一篇學術論文同樣對風電行業產生了非常深遠的影響，它提出的模型和計算公式到今天還在廣泛使用，我們不妨一睹它的芳容：


這篇文章的核心內容就是提出了兩颱風電機組之間，位於上風向的機組對下風向機組的尾流效應影響的計算方法。這個方法後來被廣泛地稱為 Jensen 模型。


後來丹麥科技大學開在其開發風場計算軟體包 Park 裡實現了這一模型。 Park 是個運行在 DOS 下的程序，要知道那時候沒有 Windows 啊。後來，Park 發展成今天廣泛應用的 WAsP，其中尾流計算部分完全復用了 Park 中的方法。


其實，這個計算模型並不複雜，它最重要的部分就是一個公式：


保持耐心各位，幾乎只有加減乘除。


這個公式要計算的就是尾流效應影響的程度大小，從這裡面我們可以找到很多問題的答案，比如：


考慮尾流效應，機組之間的距離該怎麼定？


我們看，公式裡的 X01 就是機組之間距離，顯然，它越大尾流效應影響越小，這裡的 D0 是葉輪直徑，這也就表明機組距離和葉輪直徑之間的關係決定了尾流影響的大小。


如何考慮主風向對機組布局的影響？


我們看這裡的 Aoverlap ，它是葉輪之間在風向垂直平面上的重合面積的大小。這個值越小，尾流影響越小。



風場運行中的實時尾流管理該如何進行？


也可以從這個公式裡尋找答案，公式裡的 Ct 稱為推力係數(thrust coefficient)，這個值越小，尾流影響會越小。要改變這個值，通過變槳就可以做到，極端情況就是順槳停機，尾流影響幾乎為 0 。


也就是說，我們可以根據這個計算實時地控制機組的變槳位置就可以改變機組尾流的影響，從而優化整體發電錶現。


再看 Aoverlap ，我們可以通過適當的偏航來改變兩個機組之間 overlap 的大小。


所以，如果你想在尾流效應方面做點事情，或者了解一些基本的情況，耐心了解下這個基本的計算公式會少走很多彎路，節約很多時間。


參考連結：

http://orbit.dtu.dk/fedora/objects/orbit:66401/datastreams/file_f7da8eb2-e49c-4dc9-9ee5-72846f40ef34/content

http://orbit.dtu.dk/files/122284235/On_the_application_of_the_Jensen_wake_model.pdf

http://www.wasp.dk/WAsP


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