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高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探.pdf

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第卷期应用气象学报∂ 年月ƒ°°∞⁄∞×∞≤≥≤∞≤∞ 高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探Ξ 穆海振徐家良柯晓新唐琳陈德亮 上海气候中心上海 瑞典哥德堡大学地球科学中心瑞典国家气候中心北京 摘要 针对现有气象测站分布数量有限尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状对数值模式在风能资源评估中的应 用进行了尝试∀首先利用×°数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算然后利用同步的气象站观测资料 对风速模拟结果进行统计释用订正处理提高了模式计算结果的准确性和可靠性最后得到了分辨率为的上 海全年平均风速和风功率密度分布信息∀这些结果为上海地区风能资源分析评估及风电场规划选址工作提供了 科学依据同时也说明将统计释用的数值模拟结果应用到风能资源评估工作中是可行的∀ 关键词风能资源数值模式风速风功率密度 源评估工作中的研究≈但将数值模式模拟结果应 引言用到风能资源评估的研究工作还比较少近年来数 值模拟技术尤其是中小尺度数值模拟技术的发展和 风能资源是清洁的可再生能源风力发电是新计算机运算能力的提高为数值模式在风能资源评 能源领域中技术最成熟!最具规模开发条件和商业估工作的应用提供了便利条件∀本文应用高分辨率 化发展前景的发电方式之一∀上海属中纬度地区的数值模式和上海地理信息数据并结合现有气象 临江靠海受冬!夏季风影响风能资源比较丰富对站观测资料对上海地区海江岸带及近海地域的 于一次能源严重缺乏的上海而言开发风能可行性风场特征进行分析评估同时对数值模式模拟结果 强∀在开发风能资源的过程中离不开对风能资源的在风能资源评估中所起作用进行了评价∀ 详细调查没有对何地适合建风电场!风力大小如何 等方面情况的详细了解就不可能对潜在的风电厂模式及模拟方案 的开发潜力进行评估不能对开发先后顺序进行划 分决策部门进行决策时无据可依易发生盲目开11模式简介 发∀因此风资源!潜在风电场的资源调查和分析评本研究采用澳大利亚联邦科学与工业研究组织 价是非常必要的工作∀≤≥研发的×°模式系统进行风能资源评 由于水陆不同下垫面的摩擦作用对风速的影响估实验工作×°模式系统分为气象模式和大气 很大海江岸带附近风速变化剧烈是风能资源水污染模式两部分本文利用其气象模式部分进行风 平梯度最大的区域但因现有的气象站点分布有限能资源的评估工作∀×°模式中气象模式所用方 尤其是上海海岸带以及近海海面上气象观测点稀程为非静力不可压原始方程垂直坐标系统采用地 少仅靠气象站观测资料较难全面反映不同地域风形追随坐标∀模式通过求解水平动量方程和不可压 资源的分布差异∀为详细了解这些区域的风能资源连续方程求得水平风分量和垂直速度求解标量方 分布情况以往经常采取在所关心区域布设临时加程得到虚位温!水汽压!云水和雨水等物理量∀模式 密观测点的方法但这种方法需要耗费大量的人力包括的参数化过程有云雨微物理过程!湍流闭合! 物力同时还要受到地形条件的限制∀为解决上述植被及土壤和辐射通量其中湍流项由求解湍流动 问题目前已有尝试将数值模拟技术应用在风能资量方程和涡流耗散率来确定然后利用垂直梯度扩 Ξ22收到22收到再改稿∀ 期穆海振等高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探 散方法求解垂直通量热通量中包括了一个反梯度采用模式默认值植被类型资料根据5上海市地图 项地表植被和土壤的参数化方案中包括了地表和高集6中有关土地利用信息≈对系统默认值进行了相 层的辐射通量∀模式的模拟范围最大可达≅应修改∀模拟以月为单位进行为消除模式初始化 模式层顶的高度为垂直层数最多可过程对模拟结果的影响每月提前进行模拟∀ 达层水平层数可嵌套到层水平分辨率最高可模式初始场和边界资料均取自模式系统附带的天气 达∀在将模式应用于风能资源评估之前对模分析资料库∀ 式在上海地区的应用进行了一系列的参数敏感性实 验模拟结果表明模式对下垫面性质的变化比较敏模式模拟结果检验与释用 感模式在积分过程中也比较稳定具体计算结果本 文不再详述∀在其他地区的应用经验也表明≈为检验模式模拟能力考查模式是否适用于风 ×°模式对中小尺度区域内风和温度等气象要素能资源的分析评估工作对模式的性能尤其是模式 具有良好的模拟能力∀对上海地区不同下垫面上方风速的模拟能力进行了 12模拟方案初步分析