海上風(fēng)電場(chǎng)每100 MW裝機(jī)容量不同用海面積的分析

滕麗霞，王 宇，孫 宇，劉 雪

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

隨著海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量不斷增大，2021 年我國(guó)新增海上風(fēng)機(jī)單機(jī)平均功率為5.6 MW。2022 年招標(biāo)的海上風(fēng)機(jī)項(xiàng)目中，有超過(guò)85%的海上風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)組單機(jī)平均功率大于8 MW，平均功率超8.5 MW。目前全球單機(jī)容量最大的風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量為16 MW，大型化趨勢(shì)明顯提速。我國(guó)海上風(fēng)電資源開(kāi)發(fā)有較大發(fā)展空間，受海上風(fēng)電并網(wǎng)電價(jià)政策影響，多地陸續(xù)發(fā)布千萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電基地建設(shè)的消息。海上風(fēng)電項(xiàng)目大基地建設(shè)和海上風(fēng)電機(jī)組大型化是必然趨勢(shì)。

在風(fēng)電場(chǎng)中，來(lái)流風(fēng)速通過(guò)處于上游的風(fēng)電機(jī)組后，風(fēng)速降低、湍流強(qiáng)度增加，形成尾流效應(yīng)［1-4］，使下游風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率降低，疲勞載荷增加，影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行。隨著我國(guó)千萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電基地的建設(shè)，海上風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)規(guī)模將更大、更集中，風(fēng)機(jī)尾流相互疊加，風(fēng)速恢復(fù)緩慢，尾流損失加重。在風(fēng)機(jī)尾流方面，陳樹(shù)勇等［5］研究表明風(fēng)機(jī)完全處于尾流區(qū)運(yùn)行時(shí)，功率損失可達(dá)30%～40%；崔冬林等［6］基于實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（supervisory control and data acquisition，SCADA）數(shù)據(jù)提出，緩沖帶達(dá)到一定的距離會(huì)對(duì)風(fēng)速的恢復(fù)有明顯的作用，緩沖帶距離在23D～44D（D為葉輪直徑），尾流損失電量降幅在4%～27%；溫建民等［7］使用激光雷達(dá)對(duì)陸上某風(fēng)場(chǎng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行尾流觀測(cè)，分析不同來(lái)流風(fēng)速下尾流區(qū)風(fēng)速恢復(fù)速率。在風(fēng)電場(chǎng)用海面積方面，胡恒等［8］分析我國(guó)海上風(fēng)電用海特點(diǎn)及問(wèn)題，提出合理界定用海面積，提高海域使用效率；張?jiān)频龋?］提出應(yīng)綜合考慮各種海上因素的復(fù)雜性和多變性以及海域空間資源的高效開(kāi)發(fā)利用，優(yōu)化海上風(fēng)電用海項(xiàng)目的規(guī)劃布局，適當(dāng)保持海上風(fēng)電合理增長(zhǎng)的區(qū)間和彈性。

以每100 MW裝機(jī)容量的用海面積作為變量，研究大基地條件下每100 MW 的不同用海面積的風(fēng)機(jī)尾流情況，為海上風(fēng)電場(chǎng)的前期規(guī)劃提供了重要的參考依據(jù)。

1 計(jì)算尾流模型

WAsP 軟件是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的對(duì)于平坦地形較為適應(yīng)的軟件［10-14］，采用該軟件進(jìn)行計(jì)算，該軟件采用的尾流模型為典型的Park 模型，如圖1 所示，該模型是根據(jù)質(zhì)量守恒定理進(jìn)行推導(dǎo)，在風(fēng)力機(jī)下游x位置處尾流速度表達(dá)式為［15-16］

圖1 尾流模型原理Fig.1 Principleof wakeflow model

式中：u為風(fēng)電機(jī)組下游x處的尾流風(fēng)速；u0為來(lái)流風(fēng)速；CT為風(fēng)機(jī)的推力系數(shù)；R為風(fēng)機(jī)盤面半徑；k為尾流擴(kuò)散系數(shù)表示尾流的膨脹速率。

對(duì)于一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，平均尾流是該風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)尾流的均值，最大尾流是該風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)尾流中的最大值。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算海上風(fēng)電機(jī)組尾流時(shí)，k的取值為0.04［17-18］。進(jìn)行尾流計(jì)算分析時(shí)，僅考慮本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)之間的相互影響。

2 邊界條件

2.1 每100 MW裝機(jī)容量的用海面積

參考國(guó)家海洋局發(fā)布的國(guó)海規(guī)范［2016］6 號(hào)文《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范海上風(fēng)電用海管理的意見(jiàn)》，單個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積原則上每100 MW裝機(jī)容量占用面積控制在16 km2左右［19］。海上風(fēng)電項(xiàng)目大基地建設(shè)，使得單個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目的容量增加和風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量增加，風(fēng)電場(chǎng)尾流增大，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的尾流分析探討在大基地建設(shè)的條件下，每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積控制在16 km2是否可以滿足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行。而容量相同的海上風(fēng)電項(xiàng)目，海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量增大，可以使得海上風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量減少，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的尾流分析，探討在未來(lái)大容量機(jī)組的條件下，是否可以降低100 MW裝機(jī)容量占用海域面積。因而以每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2為例，進(jìn)行風(fēng)機(jī)尾流的分析計(jì)算。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模、風(fēng)速和風(fēng)機(jī)機(jī)型

進(jìn)行每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分析計(jì)算時(shí)，主要考慮風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模、風(fēng)電場(chǎng)形狀、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)機(jī)機(jī)型等因素?？紤]目前海上單座±500 kV換流站最大容量為2 000 MVA，選取風(fēng)電場(chǎng)容量為2 000 MW進(jìn)行分析。根據(jù)我國(guó)沿海地區(qū)風(fēng)能資源分布特點(diǎn)，具備規(guī)模化開(kāi)發(fā)的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速大多介于7.0～9.0 m/s，采用130 m 高度風(fēng)速7.8 m/s 進(jìn)行分析，海上風(fēng)切變較小，取值為0.08進(jìn)行分析。目前海上風(fēng)電場(chǎng)多采用8～8.5 MW機(jī)型，部分廠家推出了10 MW 及以上機(jī)型，考慮未來(lái)風(fēng)機(jī)的發(fā)展，選用8.5 MW（WTG1）和13.6 MW（WTG2）的機(jī)型進(jìn)行分析。

2.3 風(fēng)向風(fēng)能分布

參考風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，選擇風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖較為集中和較為分散兩種情況，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)尾流的計(jì)算。圖2 為國(guó)內(nèi)某海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)向和風(fēng)能較為集中的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，其中南北向（NNW—NNE 和SSE—SSW）風(fēng)能概率為68.3%。圖3 為選擇的國(guó)內(nèi)某海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)向和風(fēng)能較為分散的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，其中南北向（NNW—NNE 和SSE—SSW）風(fēng)能頻率為39.7%。

圖2 較為集中的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖Fig.2 Relativelyconcentrated rose diagrams of wind direction and wind energy

圖3 較為分散的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖Fig.3 Relatively scattered rose diagrams of wind direction and wind energy

2.4 場(chǎng)址形狀

海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃須避讓保護(hù)區(qū)、港口、錨地、航道等各類禁止開(kāi)發(fā)區(qū)域，場(chǎng)址形狀多樣，按照最有利和最不利布置風(fēng)機(jī)的兩種極端情況，分別考慮垂直主導(dǎo)風(fēng)向和平行主導(dǎo)風(fēng)向的矩形場(chǎng)址進(jìn)行分析計(jì)算。風(fēng)機(jī)布置時(shí)按照風(fēng)電機(jī)組行間距不小于3 倍風(fēng)輪直徑，列間距不小于7 倍風(fēng)輪直徑的原則進(jìn)行風(fēng)機(jī)布置［20］。按照上述布置原則，將兩種風(fēng)機(jī)均勻布置，并由下至上依次排序。

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包SPSS22.0對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用百分率（%）對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行描述，對(duì)比予以χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的標(biāo)準(zhǔn)。

選用的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖的主風(fēng)向?yàn)槟媳憋L(fēng)向。在以每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下進(jìn)行風(fēng)尾流影響分析，最有利的風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址形狀垂直于主風(fēng)向即東西方向長(zhǎng)的矩形，矩形的尺寸分別為100 km×3.2 km（場(chǎng)址1）、100 km×3.0 km（場(chǎng)址2）、100 km×2.8 km（場(chǎng)址3），如圖4 所示。最不利的風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址形狀平行于主風(fēng)向即南北方向長(zhǎng)的矩形，矩形的尺寸分別為10 km×32 km（場(chǎng)址4）、10 km×30 km（場(chǎng)址5）、10 km×28 km（場(chǎng)址6），如圖5所示。

圖4 場(chǎng)址1—場(chǎng)址3示意圖Fig.4 Schematic diagram of site 1—site 3

圖5 場(chǎng)址4—場(chǎng)址6示意圖Fig.5 Schematic diagramsof site 4—site 6

如圖6 所示，垂直主風(fēng)向場(chǎng)址為進(jìn)行風(fēng)機(jī)排布時(shí)的最優(yōu)場(chǎng)址形狀，兩種機(jī)型均布置兩排風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)間距大，尾流影響小。在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃時(shí)，一般會(huì)按照垂直于主風(fēng)向來(lái)劃分場(chǎng)址，但是隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展和大基地風(fēng)電場(chǎng)的到來(lái)，場(chǎng)址形狀多樣，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃時(shí)，場(chǎng)址形狀應(yīng)盡量垂直于主風(fēng)向，最不利條件下場(chǎng)址形狀可能會(huì)平行于主風(fēng)向?？紤]實(shí)際情況，即使在最不利條件下，場(chǎng)址布置的風(fēng)機(jī)排數(shù)也不宜過(guò)多，對(duì)于平行風(fēng)向場(chǎng)址的兩種機(jī)型分別布置的排數(shù)為：WTG1 機(jī)型布置16 排、WTG2 機(jī)型布置12排，如圖7 所示。風(fēng)機(jī)排數(shù)多，排與排之間的尾流影響相互疊加，尾流影響增大。

圖6 垂直主風(fēng)向場(chǎng)址風(fēng)機(jī)布置示意圖Fig.6 Wind turbines layout diagram in the site of vertical main wind energy direction

圖7 平行主風(fēng)向風(fēng)機(jī)布置示意圖Fig.7 Wind turbines layout diagram in the site of parallel main wind energy direction

綜上所述，以風(fēng)電場(chǎng)容量2 000 MW、130 m 高度風(fēng)速為7.8 m/s，風(fēng)切變系數(shù)為0.08為前提，分別考慮風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直于主風(fēng)向和平行于主風(fēng)向、風(fēng)向集中和分散，在以每100 MW裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，對(duì)WTG1和WTG2機(jī)型進(jìn)行尾流測(cè)算。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)取值，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流按15%控制，最大尾流按20%控制。

3 風(fēng)電場(chǎng)尾流分析

3.1 垂直主風(fēng)向-風(fēng)能方向集中

表1 為在風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直主風(fēng)向且風(fēng)能方向集中條件下風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算的結(jié)果。WTG1 機(jī)型在以每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為4.66%、4.84%、4.89%，最大尾流分別為4.98%、5.11%、5.21%。WTG2機(jī)型在以每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為4.22%、4.32%、4.42%，最大尾流分別為4.76%、4.96%、5.14%。

表1 垂直主風(fēng)向風(fēng)能方向集中時(shí)風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算結(jié)果Table 1 Calculation results of wind turbines wake flow when the site is vertical of the main wind energy direction and the main wind energy direction is concentrated

由上述結(jié)果可知，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增加，每排風(fēng)機(jī)的數(shù)量減小，風(fēng)機(jī)之間的行間距增大，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流和最大尾流均減??；在以每100 MW裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2時(shí)，WTG2 比WTG1 的風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別減小0.44%、0.52%、0.47%，最大尾流分別減小0.22%、0.15%、0.07%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量用海面積的減小，每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為15 km2、14 km2時(shí)，WTG1 機(jī)型的平均尾流比100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積為16 km2時(shí)分別增大0.18%、0.23%，最大尾流分別增大0.13%、0.23%；WTG2機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積為16 km2時(shí)分別增大0.10%、0.20%，最大尾流分別增大0.20%、0.38%；風(fēng)電場(chǎng)垂直于主風(fēng)向，且風(fēng)能風(fēng)向集中，風(fēng)機(jī)的排數(shù)少，平均尾流和最大尾流均較小，遠(yuǎn)小于15%的平均尾流和20%的最大尾流。

3.2 垂直主風(fēng)向-風(fēng)能方向分散

表2 為在風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直主風(fēng)向且風(fēng)能方向分散條件下風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算的結(jié)果，機(jī)型參數(shù)與表1 相同。WTG1 機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為7.90%、8.14%、8.17%，最大尾流分別為8.42%、8.67%、8.70%。WTG2機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為6.64%、6.75%、6.89%，最大尾流分別為7.24%、7.32%、7.48%。

表2 垂直主風(fēng)向風(fēng)能方向分散時(shí)風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算結(jié)果Table 2 Calculation results of wind turbines wake flow when the site is vertical of the main wind energy direction and the main wind energy direction is scattered

由上述結(jié)果可知，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增加，每排風(fēng)機(jī)的數(shù)量減小，風(fēng)機(jī)之間的行間距增大，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流和最大尾流均減?。伙L(fēng)機(jī)機(jī)型由WTG1變?yōu)閃TG2，在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流分別減小1.26%、1.39%、1.28%，最大尾流分別減小1.18%、1.35%、1.22%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量用海面積的減小，WTG1 機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積為16 km2時(shí)分別增大0.24%、0.27%，最大尾流分別增大0.25%、0.28%；隨著每100 MW裝機(jī)容量的用海面積的減小，每100 MW裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)，WTG2機(jī)型的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積16 km2時(shí)分別增大0.11%、0.25%，最大尾流分別增大0.08%、0.24%；風(fēng)電場(chǎng)垂直于主風(fēng)向，雖然風(fēng)能風(fēng)向分散，但是由于風(fēng)機(jī)的排數(shù)少，平均尾流和最大尾流均較小，均小于15%的平均尾流和20%的最大尾流。

3.3 平行主風(fēng)向-風(fēng)能方向集中

表3 平行主風(fēng)向風(fēng)能方向集中時(shí)風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算結(jié)果Table 3 Calculation results of wind turbines wake flow when the site is parallel of the main wind energy direction and the main wind energy direction is concentrated

由上述結(jié)果可知，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增加，每排風(fēng)機(jī)的數(shù)量減小，風(fēng)機(jī)之間的行間距增大，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流和最大尾流均減?。伙L(fēng)機(jī)由WTG1 到WTG2，在每100 MW 裝機(jī)容量占用海域面積分別為16 km2、15 km2、14 km2時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流分別減小0.16%、0.45%、0.51%，最大尾流分別減小0.14%、0.18%、0.02%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量用海面積的減小，WTG1 機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積16 km2時(shí)分別增大0.86%、1.87%，最大尾流分別增大0.73%、1.93%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積的減小，WTG2機(jī)型的在每100 MW裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積16 km2時(shí)分別增大0.57%、1.52%，最大尾流分別增大0.69%、2.05%；風(fēng)電場(chǎng)平行于主風(fēng)向，且風(fēng)能風(fēng)向集中，但是由于風(fēng)機(jī)的排數(shù)多，單機(jī)尾流和整場(chǎng)尾流均較大，但各種情況的尾流測(cè)算結(jié)果均小于15%的平均尾流和20%的最大尾流。

3.4 平行主風(fēng)向-風(fēng)能方向分散

表4 為在風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直主風(fēng)向且風(fēng)能方向分散條件下風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算的結(jié)果，機(jī)型參數(shù)與表1 相同。WTG1 機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為14.46%、15.28%、16.17%，最大尾流分別為17.77%、18.70%、19.85%。WTG2 機(jī)型在每100 MW裝機(jī)容量的用海面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，風(fēng)電場(chǎng)平均尾流分別為14.08%、14.37%、15.41%，最大尾流分別為17.28%、17.60%、19.15%。

表4 平行主風(fēng)向風(fēng)能方向分散時(shí)風(fēng)機(jī)尾流測(cè)算結(jié)果Table 4 Calculation results of wind turbines wake flow when the site is parallel of the main wind energy direction and the main wind energy direction is scattered

由上述結(jié)果可知，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增加，每排風(fēng)機(jī)的數(shù)量減小，風(fēng)機(jī)之間的行間距增大，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流和最大尾流均減??；風(fēng)機(jī)由WTG1到WTG2，在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為16 km2、15 km2、14 km2時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的平均尾流分別減小0.38%、0.91%、0.76%，最大尾流分別減小0.49%、1.10%、0.70%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積的減小，WTG1 機(jī)型在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積16 km2時(shí)分別增大0.82%、1.71%，最大尾流分別增大0.93%、2.08%；隨著每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積的減小，WTG2機(jī)型的在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)的平均尾流比每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積16 km2時(shí)分別增大0.29%、1.33%，最大尾流分別增大0.32%、1.87%；風(fēng)電場(chǎng)平行于主風(fēng)向，風(fēng)機(jī)的排數(shù)多，且風(fēng)能風(fēng)向分散，單機(jī)尾流和整場(chǎng)尾流均較大，在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為15 km2、14 km2時(shí)，WTG1 機(jī)型平均尾流均大于15%的控制值，在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積為14 km2時(shí)，WTG2 機(jī)型平均尾流大于15%的控制值。

3.5 尾流結(jié)果分析

1）不論風(fēng)電場(chǎng)形狀是否垂直主風(fēng)向，風(fēng)能方向是否集中，每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積為16 km2都可以滿足風(fēng)電場(chǎng)平均尾流小于15%和最大尾流小于20%的要求。

2）隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的增加，風(fēng)機(jī)平均尾流和最大尾流均明顯減小，說(shuō)明風(fēng)機(jī)數(shù)量的減少使得風(fēng)電場(chǎng)尾流明顯降低。

3）風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直主風(fēng)向時(shí)，風(fēng)能方向集中或分散，風(fēng)機(jī)平均尾流和最大尾流均較小，均小于15%的平均尾流和20%的最大尾流，且隨著每100 MW裝機(jī)容量用海面積的減小，尾流變化較小，說(shuō)明場(chǎng)址形狀垂直主風(fēng)向時(shí)，可以較大程度地降低每100 MW裝機(jī)容量的用海面積；風(fēng)能方向分散比風(fēng)能方向集中時(shí)，WTG1機(jī)型和WTG2機(jī)型的平均尾流和最大尾流均明顯增大，說(shuō)明風(fēng)能方向?qū)ξ擦鞯挠绊戯@著。

4）風(fēng)電場(chǎng)形狀平行主風(fēng)向時(shí)，風(fēng)能方向集中或分散，風(fēng)機(jī)平均尾流和最大尾流均較大，且隨著每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積的減小，尾流明顯增加，在風(fēng)能風(fēng)向集中時(shí)，每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積為14 km2時(shí)，WTG1機(jī)型和WTG2機(jī)型均可以滿足風(fēng)電場(chǎng)小于15%的平均尾流和20%的最大尾流，在風(fēng)能風(fēng)向分散時(shí)，每100 MW裝機(jī)容量的用海面積為15 km2時(shí)，WTG2機(jī)型可以滿足風(fēng)電場(chǎng)平均尾流小于15%和最大尾流小于20%的要求，說(shuō)明場(chǎng)址形狀平行主風(fēng)向時(shí)，風(fēng)能方向集中時(shí)，可以較大程度降低每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積，風(fēng)能方向分散時(shí)，采用大單機(jī)容量機(jī)組時(shí)，考慮適當(dāng)降低每100 MW裝機(jī)容量的用海面積。

5）風(fēng)能方向集中時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)形狀平行主風(fēng)向比垂直主風(fēng)向時(shí)，WTG1機(jī)型和WTG2機(jī)型平均尾流均增加約9%，最大尾流均增加約12%，尾流增加顯著，說(shuō)明風(fēng)能方向集中時(shí)，場(chǎng)址形狀對(duì)尾流影響明顯。

6）風(fēng)能方向分散時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)形狀平行主風(fēng)向比垂直主風(fēng)向時(shí)，WTG1機(jī)型和WTG2機(jī)型平均尾流均增加約8%，最大尾流均增加約10%，說(shuō)明風(fēng)能方向分散時(shí)，場(chǎng)址形狀對(duì)尾流影響明顯，但是風(fēng)能方向集中時(shí)場(chǎng)址形狀對(duì)尾流的影響更為明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

以風(fēng)電場(chǎng)容量2 000 MW、130 m 高度風(fēng)速為7.8 m/s，風(fēng)切變系數(shù)為0.08 為前提，分別考慮風(fēng)電場(chǎng)形狀垂直于主風(fēng)向和平行于主風(fēng)向、風(fēng)向集中和分散，研究在每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積分別為16 km2、15 km2、14 km2條件下，分析計(jì)算WTG1 和WTG2 機(jī)型的尾流，結(jié)果表明：每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積為16 km2可以滿足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行需要。在未來(lái)使用大容量機(jī)組的條件下，可以適當(dāng)降低每100 MW 裝機(jī)容量的用海面積。由于考慮的場(chǎng)址形狀規(guī)則，在進(jìn)行風(fēng)機(jī)布置時(shí)為均勻布置，未采用自動(dòng)優(yōu)化排布軟件進(jìn)行優(yōu)化布置。同時(shí)為簡(jiǎn)化對(duì)比，采用單一風(fēng)速，事實(shí)上風(fēng)速的不同也會(huì)對(duì)尾流產(chǎn)生較大的影響，有待進(jìn)一步分析研究。