發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 16:32

【摘要】：隨著人們對(duì)能源問(wèn)題的日益看重,發(fā)展綠色環(huán)保的潔凈能源也是大勢(shì)所趨,潔凈能源中的風(fēng)能因其諸多優(yōu)點(diǎn)有著很好的發(fā)展前景。隨著如今風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大,風(fēng)力機(jī)數(shù)量也與日俱增,風(fēng)力機(jī)的布局就成為一個(gè)需要解決的研究項(xiàng)目。風(fēng)力機(jī)布局要考慮到上游風(fēng)力機(jī)發(fā)生的尾流對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的影響,為達(dá)到風(fēng)力機(jī)的優(yōu)化布局則需首先分析出尾流特性,保證其風(fēng)場(chǎng)的發(fā)電效率。本文首先介紹了風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論,通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的方法解決其風(fēng)力機(jī)尾流特性研究。由于風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,模擬多臺(tái)風(fēng)力機(jī)時(shí)難度較大,本文采用CFD和制動(dòng)盤模型結(jié)合的壓力降方法,當(dāng)氣流通過(guò)風(fēng)輪時(shí)壓力降低來(lái)體現(xiàn)出風(fēng)輪提取能量的作用,然后進(jìn)行單風(fēng)機(jī)、雙風(fēng)機(jī)和單排風(fēng)機(jī)的模擬,分析其尾流特性。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)介紹壓力降方法和湍流模型并對(duì)單風(fēng)力機(jī)模擬,所獲模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。驗(yàn)證模型在2.5D處模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)吻合較好,在7.5D處低估了速度。分析原因?yàn)镾ST κ-ω模型在下游湍流動(dòng)能逐漸衰減并且實(shí)測(cè)的風(fēng)機(jī)到下游7.5D之間存在一個(gè)處于停機(jī)的風(fēng)力機(jī)。(2)對(duì)單風(fēng)力機(jī)模擬結(jié)果的尾流處壓力和速度分析,得出壓力和速度在經(jīng)過(guò)風(fēng)輪后均會(huì)大幅度減小,速度較壓力恢復(fù)緩慢。改變來(lái)流風(fēng)速和推力系數(shù),得出隨著來(lái)流風(fēng)速增加,速度虧損越小,尤其在近尾流區(qū)。(3)對(duì)雙風(fēng)機(jī)串列和錯(cuò)列布局模擬,分析壓力速度變化,串列布置時(shí),下游受上游風(fēng)機(jī)尾流影響明顯,錯(cuò)列布置時(shí),大大削減了上游風(fēng)機(jī)尾流對(duì)下游風(fēng)機(jī)的影響。(4)對(duì)單排四臺(tái)風(fēng)機(jī)模擬,分別選取2D和4D行距。對(duì)所得模擬結(jié)果分析,隨著行距增大,風(fēng)機(jī)間所受影響越小,行距為4D時(shí)基本不受影響。選取兩種來(lái)流風(fēng)速,對(duì)比結(jié)果得出,隨著風(fēng)速增加,尾流處速度虧損減小,尾流寬度減小,尾流長(zhǎng)度增加。分析行距2D四臺(tái)風(fēng)輪后方7.5D處速度分布發(fā)現(xiàn),位置在外側(cè)的兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)速度虧損小于內(nèi)側(cè)兩臺(tái)風(fēng)力機(jī),分析原因外側(cè)風(fēng)力機(jī)與周圍大氣環(huán)境融合程度大于內(nèi)側(cè)風(fēng)力機(jī)。本文所得結(jié)論可以對(duì)風(fēng)力機(jī)優(yōu)化布局提供一定參考。
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM315
【圖文】：

圖 1-1 全球 2001 年至 2017 年新增裝機(jī)容量Fig.1-1 New installed wind power capacity in the world from 2001 to 2017圖 1-1 至 1-3 是 2018 年 2 月 14 日，全球風(fēng)能理事會(huì)發(fā)布的全球風(fēng)電市場(chǎng)年度報(bào)告。在圖 1-1 的新增裝機(jī)容量柱狀圖中看出 2017 年間全球新增裝機(jī)容量52,573MW。比對(duì)自 2001 年至 2017 年新增裝機(jī)容量可以看處，除 2013 年外，2001年至 2015 年，新增裝機(jī)容量是逐漸遞增，自 2015 年至 2017 年，新增裝機(jī)容量有所下降�？傮w來(lái)說(shuō)，2001 年之后幾年風(fēng)電裝機(jī)容量的遞增速度較快，近幾年全球風(fēng)電裝機(jī)容量的遞增速度逐漸放緩。

河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文1.3 國(guó)內(nèi)外風(fēng)能發(fā)展現(xiàn)狀從上節(jié)的分析，可以看出我國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量豐富。隨著全球人口增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源消耗越來(lái)越大，作為可再生清潔能源的風(fēng)能對(duì)于環(huán)保和氣候改善有著非常重要的作用[4]。所以風(fēng)能的開發(fā)利用也得到了迅速發(fā)展，風(fēng)電也是目前風(fēng)能利用常見(jiàn)形式。如今全球否給予豐厚的政策和經(jīng)濟(jì)支持。近些年國(guó)內(nèi)外風(fēng)電裝機(jī)容量一直在不斷增加。

(a) 新增容量排名前十國(guó)家 (b)累計(jì)容量排名前十國(guó)家圖 1-3 2017 年全球新增和累計(jì)容量排名前十國(guó)家Fig.1-3 Top 10 countries in terms of global new and cumulative wind power capacity in 2017從圖 1-3 可以看出不管是新增容量還是累計(jì)容量，我國(guó)均是排在第一名的。其中我國(guó)和美國(guó)之和的新增容量已占到世界的半數(shù)，累計(jì)容量已超過(guò)半數(shù)，足見(jiàn)我國(guó)的風(fēng)電事業(yè)在全球的地位顯著。通過(guò)以上對(duì)全球風(fēng)電裝機(jī)容量的分析，看出風(fēng)電技術(shù)發(fā)展已基本成熟，并且由于它的無(wú)污染和可再生的性質(zhì)，得到各個(gè)國(guó)家的追捧與重視。從以上對(duì)全球風(fēng)電裝機(jī)容量的分析，可以看出這些年中國(guó)的風(fēng)電行業(yè)迅猛發(fā)展。這都離不開我國(guó)的政策制定。2017 年 7 月國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃實(shí)施的指導(dǎo)意見(jiàn)》[5]，指明了未來(lái)幾年的發(fā)展方向，也展示出國(guó)家對(duì)大力發(fā)展可再生能源的信心。同時(shí)也下發(fā)了《2017～2020 年風(fēng)電新增建設(shè)規(guī)模方案》，對(duì)我國(guó)各�。▍^(qū)、市）自 2017 至 2020 年各年度風(fēng)電建設(shè)規(guī)模做了明確指示。2017 至 2020 年，北京、天津、河北等 25 個(gè)�。▍^(qū)、市）

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本文編號(hào)：2767566