北极星风力发电网讯:近地层亦称贴地层,它是大气边界层最下面的一层,其上层离地面100m左右,该层直接和地面接触,受地表面的影响十分强烈。近地层是地面间大气输送的桥梁,热量和水汽主要通过该层进行,该层内空气运动直接受地面植被、建筑物、地形、地貌的影响,呈强烈的湍流状态,其厚度(上边界距地面的高度)在不同的地点,随时间变化比较大。
大气近地层中,风的变化与温度关系密切。风速随高度的分布,在地形平坦的条件下若为中性层结大气,按对数规律分布。受气象条件、地面建筑物、植被或自然障碍的作用,风速和风向随高度变化都很大,但多数情况是风速随高度增加而加大。
山地复杂地形虽海拔高度高度较高,但仍基本符合近地层变化的规律。
(一)复杂地形近地层风向变化
山地复杂地形的风向变化多端,但在孤立的山峰仍代表则大气运行的规律。一般高山气象站能够代表自由大气的风向和大气运行规律。所以各个气象局往往以高山站的风向判断天气状况,如山西气象部门以五台山气象站作为代表高空风的指标,北京气象部门以佛爷顶高山站作为高空风向的代表
五台山气象站多年风向频率(%)
五台山主导风向为NW风,故此,若盛行风向与当地代表气象站的山顶风向不一致,多可能是局地地形造成的影响,如山西的五寨盛行风向见下表:
由图表可以看出五寨盛行风向为SW,这就是局地地形的影响,而山西其他地区的盛行风向,大同为N,右玉为W,河曲为S,原平为NW,兴县为E,阳泉为NW和WNW,太原为NNW,离石为NNW,榆社为NE、ENE和SW风速 高度 分布,介休为SW,阳城为NW,运城为SE,从盛行风向上可以判断地形影响情况。
(二)复杂地形近地层风速变化
平均风速随着地形的变化而变化,上面已经谈到其变化规律多数情况是风速随高度增加而加大,我们可以很明显的总结出来,风速的变化除了受地形影响外,海拔高度也是很重要的因素。而在复杂的山地地形,风速的变化有的是地形起主导作用,有的是高度起主导作用,或者两者同时在起作用。当遇到这种情况时,对于风速变化,要分析判断地形与高度影响哪个是主要矛盾。
例如:某风电场有5座测风塔,其平均风速如下表,由表可以看出风速随高度增加有规律的增大。
而本风电场相邻风电场的两座测风塔,如下图所示:
本风电场的主导风向为WNW,A#测风塔海拔高度2317m,70m高度风速7.25m/s,B#测风塔海拔高度2349m,70m高度风速为6.75m,两座测风塔仅相距2.6km,风速却存在较大差异,且海拔高的风速小,海拔低的风速大,这是由于两座测风塔处于不同地形造成的,我们可以从下图看出一些端倪。
A#测风塔虽然海拔低,却处于独立的山顶,周边开阔无遮挡,B#测风塔虽然海拔高,但它所处的山脊与主风向基本平行,且在其背后约1.3km处有比它更高的山峰。突起的地形影响导致了测风塔测量的风速结果受到一定影响,
障碍物的问题在软件模型中往往较难体现,但却是选取测风塔及微观选址时的重要参考,对于类似的因素,需要在现场选取测风塔或风机位置时时多加注意,综合考量。
例如山西朔州某风电场,有两座测风塔,一座竖立在NE~SW走向的山脊,海拔2084m,一座竖立在基本N~S走向的山顶上,海拔2157m,两座测风塔均有完整一年的测风数据,前者70m高度风速9.12m/s,后者为9.11m/s,通过CFD软件计算出的年满发小时数为2512h,从模拟计算结果上看应该为一个非常好的风电场,可是经过一年运行时间,有部分风机在另一个近乎NW走向的山脊上,年平均风速仅6m/s,3台风机的发电量仅相当于垂直山脊1台风机的发电量风速 高度 分布,这主要是由于该山脉走向与主导风向平行,软件的模拟计算很难考虑到这个结果,所以山地风电场,竖立测风塔及微观选址时要注意不同的地形。特别需注意待选点位周边的地形因素,尤其主导风向上是否存在地形突起。
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