城區(qū)分布式風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能資源評(píng)估技術(shù)及方法探析

　　摘 要：與山地、草原以及開(kāi)闊平原相比，城區(qū)或工業(yè)區(qū)的建設(shè)規(guī)劃和建筑物本身的外形更為復(fù)雜多變，風(fēng)流受到建筑物影響而產(chǎn)生的各種擾動(dòng)使得風(fēng)流模擬更為復(fù)雜困難，如高層建筑周?chē)莫M管效應(yīng)以及湍流強(qiáng)度計(jì)算等。本文結(jié)合實(shí)際案例，采用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)（CFD）對(duì)復(fù)雜城區(qū)風(fēng)流場(chǎng)進(jìn)行分析，以期更好地了解其風(fēng)流屬性，為風(fēng)能評(píng)估、風(fēng)電機(jī)組選型及選址奠定基礎(chǔ)。
　　 0 引言
　　在以往的大規(guī)模集中式風(fēng)能資源評(píng)估項(xiàng)目中，風(fēng)電場(chǎng)建于高山、草甸、戈壁、灘涂、海上及開(kāi)闊平原，只需要考慮地形以及地貌并進(jìn)行項(xiàng)目建模即可模擬風(fēng)流場(chǎng)，計(jì)算風(fēng)能發(fā)電量，對(duì)建筑物或者障礙物考慮較少，并且由于距離較遠(yuǎn)，可以通過(guò)粗糙度對(duì)其進(jìn)行考慮，或者利用部分線(xiàn)性軟件將障礙物通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑑H考慮其二維影響。但是，隨著分布式風(fēng)力發(fā)電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的深入發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組可能距離建筑物較近，此時(shí)再將其視為粗糙度或者進(jìn)行簡(jiǎn)單的二維影響分析，將與真實(shí)情況相差甚遠(yuǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)誤導(dǎo)的結(jié)果。尤其是當(dāng)建筑物本身并不規(guī)則時(shí)，可能出現(xiàn)周?chē)后w建筑使風(fēng)流場(chǎng)本身變得更為復(fù)雜的情況，這樣就會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，如圖1 所示。城區(qū)建筑物高矮和建筑密度也會(huì)使大氣邊界層發(fā)生變化，給風(fēng)流場(chǎng)的模擬帶來(lái)全新的挑戰(zhàn)。
　　1 Urbawind求解方程及邊界條件
　　為了更好地考慮復(fù)雜建筑或障礙物及復(fù)雜城區(qū)對(duì)風(fēng)流場(chǎng)的影響，借助計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)可以計(jì)算流體的特性。描述流體運(yùn)動(dòng)的方程是質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程（Navier-Stokes 方程）。三維瞬時(shí) Navier-Stokes 方程的一般形式（笛卡爾張量形式）如下：