水平轴风力发电机单风机及风场三维尾流特性理论及实验研究

With the development of large scale wind farms, the study on wake model of horizontal wind turbine is becoming increasingly urgent. It is reported that the power losses caused by wake effect within a wind farm is about 10-20%. Currently, the researches on the turbine wake model is limited in one or two dimensional models and, some problems are still exist, such as inaccurate predictions on velocity deficit and wind farm power generation assessment. Meanwhile, the study on the changing trends of wake width and wake centerline with the atmospheric conditions is limited. .This project aims to investigate the 3D single and wind farm wake characteristics theoretically, numerically and experimentally, including the 3D wake modeling, the aerodynamics characteristics of turbines as well as influences factors. Both the wind tunnel and field (CWEX-13) experiments will be conducted for the modeling validation. With the research, measures for predicting the wake characteristics, wind farm power generations assessment and the wind turbine layout optimization, will be proposed accordingly. This research is helpful for the predicting of turbine wake structure, improving the wind farm performance and promoting the wind energy applications.

随着风电场规模的不断增大，对风电场的尾流模型的研究变得日益迫切。研究表明，在大型风场中，由风机尾流引起的发电量损失约为10-20%。目前对单风机及风场尾流模型的研究还局限于一维或者简单二维模型，并存在对尾流内部速度亏损描述不准确、风场发电量估计不精确等问题。同时，大部分研究忽略了尾流宽度、尾流中心线在三维方向随外界环境的变化规律。本项目拟对水平轴风力发电机的单风机及风场三维尾流特性在多因素耦合作用下的传播机理展开理论研究，分别提出单风机及风场三维尾流理论模型，并进行风洞和实地风场(CWEX-13)实验验证。探讨风机三维尾流特性的变化规律及其影响因素，提出提高风场预测准确性及风机布局优化的实际解决措施及方法，推进风力发电技术发展。

随着风电场规模的不断增大，对风电场的尾流模型的研究变得日益迫切。目前对单风机及风场尾流模型的研究还局限于一维或者简单二维模型，并存在对尾流内部速度亏损描述不准确、风场发电量估计不精确等问题。本项目对围绕水平轴风力发电机的单风机及风场三维尾流特性在多因素耦合作用下的传播机理，展开五方面理论及实验研究，具体内容及结果如下：（1）提出了考虑风切变的三维尾流模型并进行使用激光雷达测风仪进行风电场实验验证，提高了尾流扇形区尾流特性预测准确性；（2）研究了复杂地形内部，风力机三维尾流特性并进行实验验证，提出了复杂地形风电机组尾流存在尾流下沉现象，可为风电场微观选址提供理论依据；（3）研究地形尾流综合作用下多台风电机组尾流特性机发电量特性研究并以此为基础，提出了风电机组协同控制策略并进行实验验证，为风电场控制提供了理论参考；（4）研究了不同半径风电机组尾流干扰特性及发电量特性，为风电场扩建、机组选择提供了科学依据；（5）搭建风洞试验台，研究了不同尾流干扰程度下风电机组气动载荷变化规律，相关结果正在整理过程中。该项目研究成果，为风电场功率预测、风电场协同控制及风电机组布局优化的提供了理论依据及方法，有助于推进风力发电技术发展。在该基金项目的支持下，共发表论文10篇，其中SCI检索7篇，EI检索1篇；申请发明专利2项，其中实用新型专利2项（1项已受理，1项已提交）。培养博士研究生1名，在读1名；培养硕士研究生7名，毕业2名，在读5名。参加国际学术会议1次，国内学术会议2次。