一种近海风电场风能计算方法

摘要

本发明公开了一种近海风电场风能计算方法，包括陆地粗糙度计算模型选择，近海海面粗糙度模型建模，通过海上某一点10m高度风速计算该点粗糙度，再按照水深h推算不同水深出海面粗糙度，实现海面粗糙度由点及面推算，最后通过WAsP软件对近海风电场粗糙度模型求解。本发明方法能够较准确的反应海上不同区域粗糙度变化情况，更好地体现出近海风电场不同区域风能分布的差异性，计算得到的风速和风能更可靠，可对近海风电场微观选址、短期风功率预测等有一定的指导意义，在工程中有很好的应用前景。

主权项

一种近海风电场风能计算方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，利用高风速条件下一年的风速测量数据计算陆地粗糙度，计算公式为：$\frac{{\sigma }_u}{U_z}=c_{u}d{\ln }^{-1}\left(\frac{z}{z_1}\right)$其中，z₁为陆地粗糙度，σ_u为一年测量数据中风速的标准偏差，c_u是常数为2.2，d是常数为0.4，z为测风高度，U_z为高度z处风速；高风速是指风速U_z≥6m/s，步骤二，建立浅水条件下海面粗糙度计算模型为：$z_0=\frac{0.0214{\mathrm{AC}}_{10}{U}_{10}^2{u}_{10}^2}{g^{1.5}\bar{T}\sqrt{h\times (1+2kh/sh(2kh\left)\right)\times th\left(kh\right)}}$其中，z₀为海面粗糙度；A为常数；C₁₀为海面10m高度处的阻力系数，取常数0.0013；U₁₀为10m高度处的风速；u₁₀为深水条件下的10m高度处的风速；g为重力加速度；h为海水深度；k为波浪波数；其中深水指水深大于半个波浪波长，浅水是指水深小于半个波长，其中波浪波数k的计算公式为：$k=\frac{2\pi }{L_p}=\frac{2\pi }{T_p\sqrt{gh}}=\frac{1.74\pi }{\bar{T}\sqrt{gh}}$L_p为波浪波长，T_p为谱峰周期，为平均周期；步骤三，利用已知定点海面10m高度处的风速求解此定点处的海面粗糙度：$z_0=10\exp (-a·U_{10}^{-0.25})$其中，K为冯卡门常数，取值为0.35，U10为10m高度处风速；利用海上10m高度一年风速测量数据，带入本步骤公式中，计算出10m高度处的年平均海面粗糙度；步骤四，由已知点10m高度处的海面粗糙度和水深h，可解得参数A，则海面粗糙度模型简化为仅关于水深h的海面粗糙度函数；步骤五，由陆地粗糙度和海面粗糙度公式可知风电场中任一高度处的粗糙度，利用WAsP对近海风电场风能计算评估。