近期，國產(chǎn)神劇《隱秘的角落》刷爆了網(wǎng)絡(luò)，也讓“一起爬山嗎？”“您看，我還有機(jī)會(huì)嗎？”成為今夏全網(wǎng)流行語。

作為風(fēng)資源工程師的小編，爬過了數(shù)不清的荒山野嶺，在進(jìn)行風(fēng)資源評估時(shí)也經(jīng)常遇到許多讓人頭疼的“隱秘的角落”，而在使用傳統(tǒng)風(fēng)資源仿真軟件后，評估結(jié)果與風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的巨大差距更是讓人感到絕望。

作為平價(jià)時(shí)代下保障風(fēng)電項(xiàng)目穩(wěn)定收益的關(guān)鍵第一步，風(fēng)資源的精確評估關(guān)乎項(xiàng)目的成敗。那么，在風(fēng)電場仿真中，我們該如何探明那些“隱秘的角落”，又該如何獲得更為精確的評估結(jié)果？

以華北某地項(xiàng)目為例，項(xiàng)目屬于山地地形，周圍整體地形復(fù)雜，測風(fēng)塔代表性不足。機(jī)位點(diǎn)位于東北-西南走向山體南部，海拔630-790m，兩座測風(fēng)塔均位于機(jī)位點(diǎn)南側(cè)平原地帶，主風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)。其中1號(hào)測風(fēng)塔距離機(jī)位點(diǎn)約5km，海拔530m，70m高度的年平均風(fēng)速為6.38m/s；2號(hào)測風(fēng)塔距離機(jī)位點(diǎn)10km，70m高度的年平均風(fēng)速為6.91m/s；風(fēng)電場東南方向有一條河。

↑案例項(xiàng)目情況

盡管平地測量超過6m/s的風(fēng)速十分可觀，但是在進(jìn)行風(fēng)資源評估時(shí)，由于兩座測風(fēng)塔水平外推均超過5km，垂直外推大于100m，過遠(yuǎn)的外推距離使每個(gè)機(jī)位都成了“隱秘的角落”。不得已的情況下，項(xiàng)目使用了當(dāng)時(shí)最好的風(fēng)資源仿真軟件進(jìn)行評估，得到了一個(gè)“漂亮”的結(jié)果。然而運(yùn)行一年之后，項(xiàng)目的平均機(jī)艙風(fēng)速僅為4.22m/s，遠(yuǎn)低于測風(fēng)塔處風(fēng)速；其中北側(cè)8臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)艙實(shí)測風(fēng)速更是低至約3.9m/s。評估偏差最大達(dá)到了732h，平均偏差也達(dá)到了370h。
↑傳統(tǒng)商業(yè)軟件評估與實(shí)際情況對比

究其原因。一方面，普通商業(yè)仿真軟件在模擬時(shí)，受計(jì)算資源和本身特點(diǎn)的限制，網(wǎng)格范圍有限，不能考慮大地形的背風(fēng)影響，測風(fēng)塔代表性不足。

另一方面，該項(xiàng)目在規(guī)劃期并未建立測風(fēng)塔，利用了周邊項(xiàng)目的測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。周邊的兩座測風(fēng)塔是在平地且距離水域較近的位置測風(fēng)，而風(fēng)電場主要在距離水域較遠(yuǎn)的山上，測量地的環(huán)境和風(fēng)電場存在較大偏差。尋常的商業(yè)CFD仿真軟件無法評估出這樣的差異性。單純的CFD軟件存在對大自然的諸多假設(shè)和簡化，許多像空氣濕度、地轉(zhuǎn)偏向力等地理氣象要素的影響不能準(zhǔn)確計(jì)算。測風(fēng)塔距離目標(biāo)機(jī)位點(diǎn)越遠(yuǎn)、地理及氣象要素與實(shí)際差別越大，最終導(dǎo)致的誤差也就越大。

此外，從大地形上來看，峽谷地形導(dǎo)致測風(fēng)塔處局地加速，兩座測風(fēng)塔位于峽谷中央，機(jī)位點(diǎn)臨近峽谷北部山體，傳統(tǒng)CFD仿真軟件模擬區(qū)域較小，不能有效識(shí)別一定距離外的大地形的作用。

↑傳統(tǒng)商業(yè)軟件模擬結(jié)果

上圖是某傳統(tǒng)CFD商業(yè)軟件模擬的結(jié)果，可以看出，單純CFD仿真下，風(fēng)機(jī)所處位置的顏色與測風(fēng)塔處的顏色幾乎一致，無法真實(shí)評估出風(fēng)電場和測風(fēng)塔處的差異。也就是說，在傳統(tǒng)CFD仿真軟件眼里，這樣的風(fēng)電場中各個(gè)風(fēng)機(jī)都變成了“隱秘的角落”。

那么，面對上述這樣由于大地形環(huán)境影響所產(chǎn)生的“隱秘的角落”，是否還有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)資源的準(zhǔn)確評估呢？新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下稱“金風(fēng)科技”）通過GoldWRF虛擬測風(fēng)技術(shù)與CFD仿真軟件耦合，提供出一個(gè)更為優(yōu)化的解決方案。

GoldWRF虛擬測風(fēng)技術(shù)是金風(fēng)科技基于開源WRF模式自主研發(fā)的定制化氣象仿真產(chǎn)品，已經(jīng)入駐“風(fēng)匠”（風(fēng)象臺(tái) | 風(fēng)匠，讓平價(jià)時(shí)代風(fēng)資源評估更加精準(zhǔn)高效）中的氣象仿真模塊，致力于解決前期開發(fā)階段測風(fēng)數(shù)據(jù)不足時(shí)，風(fēng)資源精準(zhǔn)評估問題。

↑氣象仿真模擬風(fēng)速分布

上圖為風(fēng)匠WRF氣象仿真模塊模擬的風(fēng)電場大區(qū)域80m高度的風(fēng)資源分布情況。根據(jù)該項(xiàng)目的特點(diǎn)，使用“風(fēng)匠”在場區(qū)合適位置虛擬一座測風(fēng)塔，然后將虛擬測風(fēng)塔和實(shí)測風(fēng)數(shù)據(jù)輸入到CFD仿真模型中重新計(jì)算。與傳統(tǒng)CFD模式相比，虛擬測風(fēng)塔耦合CFD的全場平均評估偏差從370h降低到112h，偏差降低了69.73%。


↑風(fēng)匠氣象仿真+CFD耦合結(jié)果與實(shí)際情況對比

近年來，在風(fēng)資源評估中，CFD逐步取代線性模型的方法已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但隨著風(fēng)電場仿真愈加復(fù)雜，尤其是在國內(nèi)風(fēng)電開發(fā)快節(jié)奏的建設(shè)周期下，CFD的計(jì)算局限性也愈發(fā)凸顯。

WRF不但關(guān)注風(fēng)速、氣壓，還關(guān)注很多水的相變過程以及云、輻射等要素。基于WRF的虛擬測風(fēng)技術(shù)和CFD的良好化學(xué)反應(yīng)，“風(fēng)匠”正在幫助行業(yè)探明大地形環(huán)境影響下“隱秘的角落”，并將針對風(fēng)電場評估中的種種疑難雜癥開出更多效果顯著的藥方。