介绍风资源评估软件工具

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：风电场设计优化和风资源评估软件是风电场设计中相当重要的工具，从20世纪80年代开始，丹麦通过开发相应的计算机软件对风电场进行设计，目前国际上陆续开发了WAsP、WindFarmer、WindPRO、WindSIM等多种风力发电实用软件。3）用风能资源分布图推算某点的风况。

风电场设计优化和风资源评估软件是风电场设计中相当重要的工具，从20世纪80年代开始，丹麦通过开发相应的计算机软件对风电场进行设计，目前国际上陆续开发了WAsP、WindFarmer、WindPRO、WindSIM等多种风力发电实用软件。下面分别予以简单介绍：

1.WAsP软件

WAsP是丹麦Riso国家实验室开发的一个完整的风能估算和风力发电机组微观选址的工具箱，是行业标准的风力评估软件。由原始测风数据分析、风图谱生成、风况估算和理论发电量估算四个计算模块组成。该软件风机布置界面如图3-2所示。

图3-2 WAsP软件风机布置界面

1）原始测风数据分析模块通过对实测的时间序列的风速和风向数据统计分析，得出风能数据统计表。

2）风图谱生成模块以风能数据统计表为基础，剔除障碍物、地表粗糙度以及地形对风的影响，得出风图谱。

3）风况估算模块以风图谱为基础，考虑某一点周围障碍物、地表粗糙度以及地形对风的影响，估算出该点的平均风速和平均风功率密度。

4）理论发电量估算模块根据风力发电机组功率曲线、结合风况估算模块得出平均风功率密度，并计算出风力发电机组在该点的年理论发电量。

WAsP软件的主要功能有：

1）原始测风数据的统计分析。

2）生成风能资源分布图。

3）用风能资源分布图推算某点的风况。

4）单台风电机组的年发电量计算。

5）多台风电机组的尾流损失和总电量计算。

使用WAsP软件的主要步骤：

1）将已经正确定义了粗糙度和障碍物的数字化地形图、经过订正的测风资料、风电机组的功率曲线和推力曲线输入软件。

2）生成场址的风能资源分布图。

3）布置机组位置，给定轮毂高度。

4）计算每台风电机组的发电量。

5）输出计算结果。

WAsP软件尽管已经被广泛应用，但是还不够完善，计算结果还不够精确。软件的数学模型与实际还有一定出入，如尾流模型；不能计算气温、空气密度、粗糙度等因素的变化对发电量的影响；山地的计算误差比平坦地形大。

因此要正确对待软件的计算结果，既要计算，又不能太依赖，要对结果进行分析。在山地地形中，提高准确性的办法就是多安装测风仪。

2.WindFarmer软件

WindFarmer是英国Garrad Hassan公司和其合作者于1998年推出的用于风电场设计和分析的软件，主要用于分析、设计、优化风电场（多应用于微观选址），可同时考虑地形和尾流效应来计算风电场发电量，现在越来越被大家认可。该软件使用了WAsP软件的部分结果，又进一步开发了许多风电场设计所需的功能，目前的最新版本是4.1。

WindFarmer的典型界面如图3-3所示。该软件主要由以下七个模块组成。

1）基础模块：主要包括地图处理、风电场边界界定、风机工作室、风电场尾流损失模型、电量计算选项、自动设计优化、噪声影响模型、电量、风速、噪声和地面倾斜地图、多个风电场独立和累积分析与WAsP和其他软件的连接界面。

2）可视化模块：用于模拟和演示风电场的视觉效果，包括视觉影响区域分析、虚拟现实、虚拟漫游、集锦照片。

3）MCP⁺模块：提供所有测风数据的评估工具，测量数据的时间序列，可以输出成图形和文件，与长期风能资源数据形成关联。

4）湍流强度模块：对风力流动、风力发电机性能和风力发电机组载荷模型进行分析。

5）金融模块：对风电场项目设计规划阶段进行金融评估。

6）电力模块：设计风电场的电力规划，包括对变压器、电缆的超载检查和计算电力损耗。

7）阴影闪烁模块：计算所给定的风力发电机组布局和风电场地形图中所产生的阴影闪烁，确定风力发电机组产生的阴影闪烁机理和时间间隔。

WindFarmer的主要功能：

1）在满足环保、建筑物、最小间距等诸多限制条件下，对风电机组进行自动优化布置。

图3-3 WindFarmer软件界面

2）结合附近已建风电场，进行发电量计算和机组布置。

3）计算每台风电机组的湍流强度。

4）计算噪声分布图、阴影影响图。

5）能制造风电场的视觉效果图。

6）进行项目财务评价。

7）计算无功功率、电量损失，检查超载。

3.WindPRO软件

WindPRO是世界著名风能咨询公司——丹麦EMD公司开发的风电场规划设计软件，经过20多年的发展，已成为使用最广泛、用户界面最友好的风资源分析与风电场设计软件之一。全世界有900多家公司、机构，包括主要的风机制造商、开发商、工程公司、电网公司，政府规划部门和研究机构都在使用该软件。

WindPRO是基于对象的模块化软件，除了基本的BASIS模块外，用户可根据需要和预算自由选择模块。WindPRO目前以WAsP和WindSim等为计算引擎，相对于单独使用WAsP、WindSim等软件，WindPRO具有以下优点：

1）方便灵活的测风数据分析手段，用户可以方便的剔除无效测风数据，并对不同高度的测风数据进行分析比较，寻求相关性，评价测风结果。

2）考虑风机尾流影响的风电场发电量计算，并提供了多种尾流模型。

3）风机实际位置的空气密度计算，修正标准条件下的风机功率曲线。

4）风电场规划区域的极大风速计算。

5）几乎涵盖了市场上所有风机，并不断更新的风机数据库，包括功率曲线、噪声排放及可视化信息。

6）区域化表示的粗糙度描述方法，避免了粗糙度线相交导致的错误。

7）短期测风数据的长期相关性分析。

8）兼容多种数字化资源文件，如卫星照片、SRTM（Shuttle Radar Topologi-cal Mission）等高线数据等，为描述规划风电场外围10km的粗糙度与等高线提供了便利。

9）直接下载指定区域的全球可用长期参考风数据——NCEP/NCAR数据。

10）输出可用于复杂地形风资源分析软件（CFD）的粗糙度、等高线等文件。

4.WindSIM软件

WindSIM软件是挪威一家公司设计，采用计算流体力学方法来模拟风电场场址内流场情形，适用于相对复杂地形条件下的风电场选址及风资源评估。WindSIM软件主要包括以下模块：地形处理模块、基于CFD的风电场计算模块、风电机组布置模块、风电场后处理模块、流场显示模块、风资源计算模块、绘制风能资源地图模块、年发电量计算模块、交互式全三维可视化模块。其中，风场计算模块适用计算流体力学商用软件Pheonics的结构网格解算器部分。

WindSim具有如下主要特点：

1）计算气流在三维方向上的变化。

2）计算规划风电场任何位置的湍流强度。

3）风速与风向在叶轮扫风面内的变化。

4）规划风场任何位置的垂直风廓线。

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