一种用于风电热能量转化效应模拟的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于风电热能量转化效应模拟的方法及系统，属于风电能量转化技术领域。本发明专利技术方法，包括：确定风电场的局地气候模式和基础数据；基于所述局地气候模式和基础数据，及风电能量的转化关系和电能热耗散原理，建立风电热能量局地和异地的能量转化模型；在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应。本发明专利技术通过能量转化模型能够有效模拟风电场风电热能量的转化效应，有利于评估我国大型风电基地产生的局地气候效应，对于我国风电可持续开发具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于风电热能量转化效应模拟的方法及系统


[0001]本专利技术涉及风电能量转化
，并且更具体地，涉及一种用于风电热能量转化效应模拟的方法及系统。

技术介绍

[0002]风电场站的大规模开发，将不可避免的改变地表环境和局地气候条件，如改变地表粗糙度、大气边界层湍流度等。目前已有研究表明，风电场站建设之后，局地的气温、降水、风速都发生了一定变化。我国未来将建设多处含风电场在内的大规模清洁能源发电基地，研究和评估风电场的局地气候效应具有重要的环境意义和经济意义，有利于我国“双碳”政策下的可持续发展。
[0003]然而，未来我国的大规模风电基地是否能够显著影响局地气候，尚缺乏可靠的研究和检测结论。目前已有研究和检测结果，多基于风电场局地实际观测气象资料开展，数量较少，时间长度较短，且数据质量不佳。例如，我国酒泉瓜州大型风电基地目前仅积累了10年左右的气象观测数据，不足以分析几十年尺度的气候变化效应。并且，由于风电场气象观测设备缺少定期校准、维护，数据可用性不足50％。综上，目前的已有研究和检测结果，不足以支撑我国未来大规模风电基地的局地气候效应评估。
[0004]局地气候的数值模拟方法，是支撑风电基地局地气候效应评估的另一条路径。目前已有学者基于局地气候模式模拟了几十年尺度的风电基地局地气候效应(胡菊,王姝.甘肃酒泉大型风电基地对区域气候的影响研究[J]. 全球能源互联网,2018,1(02):120
‑
128；梁红,魏科,马骄.我国西北大规模太阳能与风能发电场建设产生的可能气候效应[J].气候与环境研究,2021,26(02):123
‑
141；Keith D W,Decarolis J F,Denkenberger D C,et al. The influence of large
‑
scale wind power on global climate.Proceedings of theNational Academy of Sciences,2004,101(46):16115
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16120.)。已有研究中，多基于局地气候模式如RegCM、WRF等构建了局地风电场模型，然后接入几十年的气候背景场数据进行降尺度模拟。其核心技术在于，通过增加风电场局地地表粗糙度，实现了对风电场阻挡风速效应的模仿。
[0005]然而，以上模拟方式存在一定问题：以上模拟仅仅通过增加地表粗糙度的方式，模拟了风速的衰减过程，并不能模拟风能转化为电能的过程(该过程同样带来了风速的衰减)，也不能模拟电能输送到异地消纳转变成为热能的过程(该过程增加了异地的热能)。也就是说，目前已有研究和研发成果尚不能实现风电场的风能
‑
电能
‑
热能转化效应模拟，影响了大型风电基地的局地气候效应评估。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提出了一种用于风电热能量转化效应模拟的方法，包括：
[0007]确定风电场的局地气候模式和基础数据；
[0008]基于所述局地气候模式和基础数据，及风电能量的转化关系和电能热耗散原理，
建立风电热能量局地和异地的能量转化模型；
[0009]在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应。
[0010]可选的，在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应，包括：
[0011]在局地气候模式下，通过能量转化模型，模拟风电场粗糙度的增加，带来的风速衰减效应，和风电场风能向局地热能的转化；
[0012]在局地气候模式下，扣除风电场用于发电的风能后，模拟风电场风能向电能的转化；
[0013]在局地气候模式下，增加风电场异地消耗的热功率，模拟风电场电能向热能的转化。
[0014]可选的，在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应前，包括：
[0015]在局地气候模式下，划分风电场的空间边界和风电场异地消纳地区的空间边界，并将空间网格内的地表粗糙度修改为风电场的实际粗糙度。
[0016]可选的，在局地气候模式下，扣除风电场用于发电的风能后，模拟风电场风能向电能的转化，包括：
[0017]根据如下公式计算风电场风能转化为电能的转化量；
[0018][0019]其中，N为风电场风机数量，W
e
为风电场风能转化为电能的转化量，C
p
为风电场风机功率系数，R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N， v
i
为风电场的风速，Δt为预设时间段；
[0020]将所述风电场风能转化为电能的转化量从风电场的近地层风能中扣除，确定风电场近地面层剩余的总风能；
[0021]基于风电场风能转化为电能的转化量和风电场近地面层剩余的总风能，确定风电场空间边界网格的扣除比例系数，根据比例系数调整风电场空间边界网格的风速，模拟风电场风能向电能的转化；
[0022]所述比例系数的计算公式如下：
[0023][0024]其中，为比例系数，N为风电场风机数量，C
p
为风电场风机功率系数；
[0025]R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N，v
i
为风电场的风速，v
j
为空间边界网格上的风速，M为风电场空间边界网格的数量， j＝1到M，A为风电场近地层的垂直截面面积。
[0026]可选的，在局地气候模式下，增加风电场异地消耗的热功率，模拟风电场电能向热能的转化，包括：
[0027]向风电场异地消纳地区空间边界网格中每个网格增加的热功率，模拟风电场电能
向热能的转化；所述空间边界网格中每个网格增加的热功率的计算公式如下：
[0028][0029]其中，Δq为每个网格增加的热功率，N为风电场风机数量，C
p
为风电场风机功率系数，R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N，v
i
为风电场的风速，B为风电场异地消纳地区空间边界网格的数量。
[0030]本专利技术还提出了一种用于风电热能量转化效应模拟的系统，包括：
[0031]初始单元，用于确定风电场的局地气候模式和基础数据；
[0032]模型搭建单元，基于所述局地气候模式和基础数据，及风电能量的转化关系和电能热耗散原理，建立风电热能量局地和异地的能量转化模型；
[0033]转化单元，用于在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应。
[0034]可选的，转化单元在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应，包括：
[0035]在局地气候模式下，通过能量转化模型，模拟风电场粗糙度的增加，带来的风速衰减效应，和风电场风能向局地热能的转化；
[0036]在局地气候模式下，扣除风电场用于发电的风能后，模拟风电场风能向电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于风电热能量转化效应模拟的方法，其特征在于，所述方法包括：确定风电场的局地气候模式和基础数据；基于所述局地气候模式和基础数据，及风电能量的转化关系和电能热耗散原理，建立风电热能量局地和异地的能量转化模型；在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应，包括：在局地气候模式下，通过能量转化模型，模拟风电场粗糙度的增加，带来的风速衰减效应，和风电场风能向局地热能的转化；在局地气候模式下，扣除风电场用于发电的风能后，模拟风电场风能向电能的转化；在局地气候模式下，增加风电场异地消耗的热功率，模拟风电场电能向热能的转化。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述局地气候模式下，通过能量转化模型模拟风电场风电热能量的转化效应前，包括：在局地气候模式下，划分风电场的空间边界和风电场异地消纳地区的空间边界，并将空间网格内的地表粗糙度修改为风电场的实际粗糙度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在局地气候模式下，扣除风电场用于发电的风能后，模拟风电场风能向电能的转化，包括：根据如下公式计算风电场风能转化为电能的转化量；其中，N为风电场风机数量，W
e
为风电场风能转化为电能的转化量，C
p
为风电场风机功率系数，R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N，v
i
为风电场的风速，Δt为预设时间段；将所述风电场风能转化为电能的转化量从风电场的近地层风能中扣除，确定风电场近地面层剩余的总风能；基于风电场风能转化为电能的转化量和风电场近地面层剩余的总风能，确定风电场空间边界网格的扣除比例系数，根据比例系数调整风电场空间边界网格的风速，模拟风电场风能向电能的转化；所述比例系数的计算公式如下：其中，为比例系数，N为风电场风机数量，C
p
为风电场风机功率系数；R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N，v
i
为风电场的风速，v
j
为空间边界网格上的风速，M为风电场空间边界网格的数量，j＝1到M，A为风电场近地层的垂直截面面积。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在局地气候模式下，增加风电场异地消耗的热功率，模拟风电场电能向热能的转化，包括：向风电场异地消纳地区空间边界网格中每个网格增加的热功率，模拟风电场电能向热
能的转化；所述空间边界网格中每个网格增加的热功率的计算公式如下：其中，Δq为每个网格增加的热功率，N为风电场风机数量，C
p
为风电场风机功率系数，R为风电场风机叶轮半径，ρ为空气密度，i＝1到N，v
i
为风电场的风速，B为风电场异地消纳地区空间边界网格的数量。6.一种用于风电热能量转化效应模拟的系统，其特征在于，所述系统包括：初始单元，用于确定风电场的局地气候模式和基础数据；模型搭建单元，基于所述局地气候模式和基础数据，及风电能量的转化关系和电能热耗散原理，建立风电热能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宗朋，冯双磊，王勃，刘晓琳，王姝，靳双龙，胡菊，郭于阳，滑申冰，马振强，张艾虎，高京娜，王铮，车建峰，王钊，张菲，赵艳青，姜文玲，韩振永，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：