风流模型在不同地形上的使用研究

张 静，杨靖文，王先阳

(北京瑞科同创能源科技有限公司，北京 100079)

在风资源评估工作中，风流模型的重要性是不言而喻的。掌握准确而详细的风资源分布是合理的风电场设计及准确的发电量估算的基础。

早期如WAsP这类线性风流模型被广泛应用。它的特点是占用的计算资源比较少，而且在地形条件并不十分复杂的情况下，运行速度也很快，可用于推算平均风速、风向、风频、风切变以及其他特征的空间变化[1-2]。

质量守恒模型则通过初始观测数据来构建初始稳态风场，使用定义在三维网络上的三个变量的增量，进行迭代计算网格点上的变化直至收敛[3]。在假定同一海拔高度的大气密度恒定的条件下，求解质量守恒方程。

计算流体动力学(CFD)是目前逐渐替代线性模型成为主导风能应用的新一代的风流模型。大多数CFD模型求解是非线性的Navier Stokes方程的质量和动量守恒方程，并运行至常态风廓线进行收敛[4]。

本文使用了上述风流模型，借鉴Philippe等(2012年)的实验方法，对几种典型地形的站点风资源进行了模拟，旨在研究各风流模型的计算差别以及对地形的适应性。

1 风流模型分析

1.1 线性模型-WAsP

大多数线性模型都是基于Jackson-Hunt理论模型。Jackson-Hunt(1975年)提出Navier-Stokes方程的线性化模型[5]。

该模型是根据傅立叶分量分析地形形状(扰动)，并要求扰动的水平尺度要远小于边界层显著变化所需的距离(小扰动理论)。用风能资源评估的话，这也意味着项目区域必须处于相同的风气候下[5]。

Mason和Sykes(1979年)将Jackson-Hunt模型扩展到三个维度，并通过采用置换法开发了MS3DJH(Jackson-Hunt理论三维扩展)代码。……