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南方能源建设
南方电网数字传媒科技有限公司、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
南方能源建设

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季刊

2095-8676

南方能源建设/Journal Energy Construction
正式出版
收录年代

    面向空中风力发电系统的高空风场观测

    蔡彦枫李晓宇
    1-9页
    查看更多>>摘要：[目的]文章旨在研究空中风力发电系统(Airborne Wind Energy System,AWES)的测风需求及设备选型.[方法]以某空中风力发电示范工程为依托,开展测风激光雷达与风廓线雷达的对比观测试验,并对数据获取率、垂直廓线特征和时间变化特征进行分析.[结果]结果显示:在3 km高度范围内,测风激光雷达的数据获取率随高度递减至不足0.4,风廓线雷达的数据获取率则维持在0.98以上,具有更好的观测适应性;两种测风设备的风速、风向垂直廓线以及逐日、多日波动特征均具有一致性,并且能被再分析资料和高空气象站同期探空资料所验证.测风激光雷达观测结果的中位数、极差、标准差等统计特征与再分析资料更接近,相关性更好;风廓线雷达观测结果的极差和标准差整体偏大,测风精度不及测风激光雷达.[结论]文章研究表明,应根据项目所在地的气候状况,在空中风力发电站工程的不同设计阶段合理选择测风设备,科学设置测风方式.

    空中风力发电测风激光雷达风廓线雷达数据获取率测风精度

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    考虑地形影响的太阳能资源精细化评估及技术可开发量计算

    孙朋杰何飞陈正洪孟丹...
    10-18页
    查看更多>>摘要：[目的]我国提出"碳达峰、碳中和"目标,意味着到2030年,我国风电、光伏发电总装机容量要在现有基础上增加2倍以上,大力开发包括太阳能资源在内的可再生清洁能源已成为国际社会的共识.文章以湖北省房县为例,通过引入再分析资料及地形数据,开展太阳能资源的精细化评估,计算技术可开发量,为合理开发利用太阳能资源提供数据支撑.[方法]通过位于该县境内的 1个辐射观测站(A站)2012～2020年辐射观测数据,对临近的ERA5再分析资料进行订正,形成2000～2020年精度为0.1°×0.1°的辐射格点产品,同时考虑坡度、坡向、海拔高度等对辐射的影响,采用GIS技术方法建立基于地理信息的辐射模型.基于LandsatTM/ETM/OLI遥感影像资料,引入土地利用类型数据,考虑光伏开发的限制因素和不同土地类型的可利用率.[结果]将模型模拟结果与区域内另外2个辐射观测站(B站、C站)实际观测数据进行对比.从整年总体情况看,B站年平均相对误差为5.7％,C站年平均相对误差为3.4％;从各月辐射看,B站相对误差在2％(1月)～14.1％(8月)之间,C站相对误差在0.1％(2月)～15.4％(6月)之间,所建模型能较好反映实际辐射情况.[结论]根据模拟结果,得到房县太阳能资源分布情况,年总辐射在4.00～4.13GJ/m2,空间上呈现中部河谷风地区的资源多,南、北高海拔山区的资源少的分布.经计算,得到房县光伏发电可开发面积为60.7 km2,技术开发量为4.501 GW.

    辐射地理信息精细化土地利用率技术可开发量

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    基于高塔数据的山区丘陵与平原湖区风能参数差异分析

    许杨陈正洪申彦波孟丹...
    19-32页
    查看更多>>摘要：[目的]为促进风能资源开发的持续健康发展,为内陆地区风能资源的合理开发及利用提供科学依据,文章重点分析山区丘陵与平原湖区主要风能参数特征及差异.[方法]选用11个塔高为90～150m的测风塔1整年观测资料,对湖北省山区、丘陵、平原及湖区等5种不同地形形态下的主要风能参数特征及差异进行探讨.[结果]分析结果表明:(1)各塔高层风速日变幅在1.0～2.3 m/s,山区丘陵地形下变幅明显大于平原湖区,且各层变化趋于一致,均为白天小晚上大,平原湖区低层风速日变化与高层特征相反,为白天大晚上小;(2)各塔综合风切变指数在0.055～0.328之间,在山区丘陵地形下大于平原湖区,风切变指数日变幅在0.063～0.378,变化特征为白天小晚上大,平原湖区风切变日变幅明显大于山区丘陵,大风情况下的风切变在山区丘陵地形下分布较为离散,平原湖区地形下则相对较为集中,基本稳定在0.1～0.2之间;(3)各塔高层有效风速段年平均湍流强度为0.13～0.18,山区地形下大于平原湖区,各塔湍流强度日变幅在0.07～0.15,变化特征均为白天大晚上小,但山区丘陵地形下变幅明显大于平原湖区.[结论]不同地形下的风能资源特征在动力和热力作用下表现出明显的时空变化差异,分析结果可为风能资源开发利用提供指导.

    风能资源测风塔特征分析山区丘陵平原湖区参数差异

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    基于威布尔分布的风功率密度计算方法比较

    李化
    33-41页
    查看更多>>摘要：[目的]风功率密度是风资源评估重要参数之一,准确地计算风功率密度有赖于风频威布尔分布拟合的准确性,对它进行正确地分析和评估有助于降低投资风险和提高投资决策的可靠性.针对目前风资源评估缺少威布尔分布拟合准确性方面的研究,文章旨通过研究比较那种威布尔分布拟合具有较高的精度,从而提高风资源评估的准确性.[方法]对目前国内外采用的5种威布尔模拟风频分布的方法进行研究,引入决定系数来确定威布尔模拟的准确度,比较威布尔函数计算风功率密度与实测数据计算风功率密度绝对误差和相对误差大小.[结果]结果表明:能量因子法EPF和最大似然法MLE模拟出来的威布尔拟合决定系数高于其他方法,包括经验法(EPJ和EPL)和最小二乘法(LLSA).用这两种方法所得的参数计算风功率密度,与实测数据计算所得的风功率密度相比较,其绝对误差和相对误差也小于其他3种方法.[结论]研究结果可为风资源评估时选择何种威布尔方法计算风功率密度提供参考依据,客观地反应风电场风资源情况,提高风资源评估的准确性.

    威布尔分布风功率密度能量因子EPF法最大似然法MLE决定系数

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    风力机组尾流模型适用性评价

    李胜葛文澎吴嘉诚曲春明...
    42-53页
    查看更多>>摘要：[目的]风力机组的尾流效应是风电场能量损失的重要因素,研究机组尾流有利于优化机组排布,提升风电场的经济性.[方法]分别对8种常见尾流模型的尾流风速衰减、湍流强度预测情况进行对比研究.为确保评估的合理性,基于风场测量数据及风洞实验数据进行定量分析,对比数据范围限定于风机下游距离3倍到10倍风轮直径.[结果]分析结果表明:对于尾流风速预估,二维模型较一维模型与实际尾流风速分布结构更契合,其中Jensen-Guass有着更好的尾流宽度预测,而2D-k-Jensen尾流中心风速预测精度更高且多工况适应性更强,最大平均偏差及偏差标准差分别为8.7％、5.5％,均适用于机组尾流风速预估.一维模型中的Jensen模型尾流中心风速预估能力虽最好,部分工况平均偏差低于10％,但Park模型在尾流风速水平分布预测上表现更佳,案例2中预测性能与二维模型相当,各工况平均偏差均低于10％,较前者更适合尾流速度预测.对于湍流强度的预测,Ishihara模型在湍流结构的预测展现出明显优势,平均偏差均低于10％,但尾流中心处湍流强度预测结果较差,不利于下游机组位置处湍流强度的预测,其余模型中Frandsen、Jensen-Guass在低环境湍流强度工况的预测相对较好,但高环境湍流强度下两者存在相反趋势,Frandsen模型预测精度更高,适合机组湍流强度预估,而Jensen-Guass的预估结果远大于实验值,预测结果较不稳定.高上游风速下各模型尾流风速预估精度均有较大的提升,环境湍流强度的提高对模型尾流风速和湍流强度预估精度有一定的促进作用,Jensen-Guass模型除外.[结论]Jensen-Guass和2D-k-Jensen模型尾流风速预测值与实测数据吻合较好,Frandsen模型湍流强度预测性能更佳,可作为海上风场机位排布优化及尾流控制分析的参考尾流模型.

    风力机组尾流模型风速衰减湍流强度实测数据对比研究

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    基于Fourier拟合的光伏跟踪系统设计

    刘星宇朱金荣盘瑶张剑云...
    54-63页
    查看更多>>摘要：[目的]为提高光伏支架的发电效率,以基于Fourier拟合算法的视日运动轨迹光伏跟踪器为研究设计对象.[方法]借助MATLAB分析了传统视日运动轨迹算法的跟踪精度情况,更进一步地在此基础上提出了精度更优的8阶傅里叶拟合视日运动轨迹跟踪算法,并结合GNSS定位技术,得出太阳实时运行轨迹.系统设计以STM32单片机作为微处理器,采用6轴加速度传感器,通过重力矢量在其轴上的投影确定光伏跟踪支架的实时倾斜度,以此二者建立跟踪支架三维运行模型,通过分析太阳光线在支架上的余弦效应即可得到电机需要运行的动作角.同时为解决晨昏时刻光伏组件间的阴影遮挡问题,系统增加逆跟踪算法.并考虑到大规模机组的应用,提出主从电机同步控制策略.[结果]傅里叶拟合算法拥有更高的跟踪精度,精度可达到10-2数量级,高于传统算法一个数量级.同时采用逆跟踪技术可节约24.3％光伏阵列用地面积,大幅提高了土地利用率.[结论]本研究采用更为精准的视日运动轨迹跟踪模型,较好地解决了太阳辐射利用的余弦效应,提升了电站的发电效率,实现了安全高效绿色能源体系的建设,促进了我国"双碳"目标的推进与达成.

    视日运动轨迹光伏双轴逆跟踪Fourier拟合算法主从电机同步控制策略

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    港口实景下大型风电机组工程化设计分析

    唐道贵柯耀张乾能李将渊...
    64-72页
    查看更多>>摘要：[目的]港口面临着巨大的生产用电需求和碳减排压力,港区丰富的风能资源使得风电在港口具有较大应用前景.风电机组选址及选型设计将直接影响电站的经济效益和港区生产安全,在风能系统工程化设计中具有重要的研究意义.[方法]以宁波舟山港穿山港区为例,研究了港口特定环境下大型风电机组的工程化设计原则与限制因素,分析了港区风能资源情况与风资源能源化潜力,基于历史统计信息,分析了影响港区的特殊气候;基于港区实景,考虑港区特定环境下的限制因素,对风电机组的选址设计进行分析;研究了风电机组的选型设计方法,并以市场上4种主流机型为例,从多个维度对港区风机选型设计进行了分析.[结果]最终,选用IEC Ⅰ类及以上且具备抗台特别设计的WTG2型风电机组风机,年发电量可达24.53 GWh,节约用电成本0.233亿元,减少CO2排放约1.425 1万t.[结论]所提出的港口实景下大型风电机组工程设计方法经验证可行,且可以实现较大的经济和生态效益,助力港口实现碳达峰和能源自给,对港口风电场工程设计具有一定的借鉴参考价值.

    绿色港口风能风资源评估风机选型风机选址

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    中国气象局风能太阳能预报系统(CMA-WSP)在风资源短期预报中的检验评估

    王明孟丹许沛华许杨...
    73-84页
    查看更多>>摘要：[目的]为检验中国气象局风能太阳能预报系统(CMA-WSP)风速产品在风资源短期预报中的可靠性,对CMA-WSP 100 m风速3d预报产品进行检验分析.[方法]文章利用湖北省枣阳周楼、麻城蔡家寨和大金中部3个风电场100 m风速实测数据开展研究.[结果]研究结果如下:(1)CMA-WSP对枣阳风电场3 d内风速的整体预报效果较好,预报结果与实测风速变化趋势较为一致,逐15 min、小时平均和日平均风速第1 d的预报与实测风速相关系数可达0.728、0.740和0.860,随着预报时效增加,预报与实测相关性逐渐降低.(2)CMA-WSP预报风速与实测风速相对误差变化规律性强,逐15 min、小时平均和日平均风速第1d预报相对误差分别为68％、70％和92％,预报风速整体高于实测风速;小时平均风速及相对误差均呈现白天小、晚上大的特征;月平均风速变化与MRE值变化呈相反趋势,且在1～6月和10～12月最低、7～9月最大.(3)从地区差异来看,CMA-WSP对枣阳周楼风电场风速的预报效果最好,第1 d预报与实测风速相关性可以达到0.728,第2～3d的预报相关性也超过0.6,CMA-WSP对蔡家寨和大金中部风电场的预报与实测风速相关系数均低于0.6.[结论]CMA-WSP风速预报效果整体较好,且相对误差具有一定的规律性,有利于下一步对该产品进行订正、降低误差水平.

    CMA-WSP风电场预报风速实测数据预报效果

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    基于机器学习的风电场风速多模式集合预报

    高盛许沛华陈正洪
    85-95页
    查看更多>>摘要：[目的]随着大量风电场的兴建,组合研究不同的机器学习算法和气象预报模式已成为研究焦点.[方法]文章以湖北省风能资源的空间分布特征为基础,通过选取代表站点结合实验数据分析对结果进行深入探讨.[结果]在湖北省,已建和在建的风电场主要集中在"三带一区"的区域,具体包括:位于湖北省中部,从荆门至荆州的南北向风带;位于鄂北,从枣阳至英山的东西向风带;部分湖岛和沿湖地带;以及鄂西南和鄂东南的部分高山地区.该研究采用4种不同的数值预报产品,包括CMA-WSP、CMA-GD、WHMM和EC,与实测风速对比深入探究这些数值模式的适用范围.[结论]通过分析基于机器学习的5种集合预报方法及均值法在湖北省各地区的表现确定了适合的算法和预报模式组合,为提高集合预报的准确性提供了参考.

    风功率预测机器学习算法随机森林LightGBMAdaBoostGRULSTM集合预报

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    基于大涡模拟与中尺度数值天气模式的精细化风场模拟

    欧敏焯吴迪张敏
    96-104页
    查看更多>>摘要：[目的]结合中尺度模型与大涡模拟模型,考虑大气边界层变化,开展了亚公里级的项目机组排布的数值模拟,给海上风机项目在选址排布阶段提供发电效能高的排布方案.[方法]将中尺度数值天气模拟结果转换为大涡模拟模型输入的边界条件,并在大涡模拟模型中引入实际风电场运行的模型参数,进行考虑实际大气边界层变化下的风电场空间的环境风场数值模拟试验,基于风电场收集的观测数据,对本风场精细化模拟方案的结果进行评估.[结果]模拟结果表明:将中尺度天气模型的模拟结果转换为大涡模拟模型能读取的动态驱动并基于该模型对风电场所处的风场进行模拟,其模拟结果能再现在实际风电场中,外部风场流经风电场后,外部风场的变化和在风电机群内所产生的尾流及其对于风电场内部风场的影响,且在风机轮毂处的风速模拟值的均方根误差为1.54m/s.[结论]该考虑中尺度气象要素变化和风电场对环境风场影响的风场精细化模拟方案可为实际项目设计阶段提供相应的指导.

    中尺度数值天气模拟大涡模拟尾流效应风电机组实测数据

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