用于预测大型风电场功率的动量可用性解析模型

涡轮尾流与风场-大气相互作用影响风电场功率产出。对于大型海上风场，风场-大气相互作用通常是更显著的影响。本研究提出一种“动量可用性因子”的解析模型，以预测风场-大气相互作用的影响。该模型采用稳态准一维流动假设，对净平流、压力梯度强迫和湍流夹卷的效应进行建模。湍流夹卷通过假设自相似的垂直剪应力剖面来建模。我们将该模型与“两尺度动量理论”结合，预测大型有限尺寸风电场的功率。该模型与现有有限风电场在常规中性边界层中的大涡模拟（LES）结果吻合良好。该模型通过将 ABL 未扰动垂直剪应力剖面作为输入，捕获了大气边界层（ABL）高度对风场性能的大部分影响。特别是，该模型对交错风电场的功率预测典型误差为 5% 或更小。所开发的模型提供了一种即时预测大型风电场功率（包括风场阻塞效应）的新方法。还给出了该模型的进一步简化，以解析预测“风能提取因子”。本研究为风场-大气相互作用建模提供了新框架。未来研究可利用该框架更好地建模大型风电场。