如何处理大型风电场的尾流？

大型风电场是指在主导风向上超过5排风力发电机组的风电场。大型风电场的尾流问题十分复杂，很难建立稳定的物理模型。因为大型风电场中，风力发电机组本身也具有一定的地理特征属性，可以理解成是地表粗糙度元，有时也可以理解为障碍物，简单的尾流模型显然不能将这些现象考虑进去。

边界层顶部的动量不断生成，并向地面传输，形成动态平衡。风力发电机组消耗这些动量，也就成了这个动态平衡的组成部分，与树木和其他粗糙元类似，形成内部边界层，如图2-26所示。

图2-26 大型风电场形成的内部边界层

随着风电场规模的不断增大，对大型风电场的尾流模型的研究变得日益迫切，也是近些年风电场尾流模型研究的热点。普通的尾流模型会严重地低估后排风力发电机组受到的尾流影响，从而高估其发电量，这是很多大型风电场发电量低于预期的原因之一。

Wolf Schlez等人于2009年发表了大型风电场尾流模型的最新研究成果，应用树林和粗糙度改变模型对风力发电机组对大气边界层轮廓的影响进行研究，并通过Horns Rev风电场的实测数据进行了验证，如图2-27所示^[34]。可见，标准的风电场尾流模型从第5排开始，严重低估尾流效应，从而高估了发电量。这是为什么把主导风向上超过5排作为大型风电场划分界限的原因。Wolf Schlez等人的大型风电场尾流模型，由于考虑了大型风电场形成的内部边界层，可以得到满意的计算结果。该研究成果中使用的是Ainslie尾流模型，对于其他标准的尾流模型同样适用。

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图2-27 Horns Rev海上风电场各风力发电机组的相对功率，用标准风电场尾流模型和大型风电场尾流模型的计算结果与风力发电机组的实际数据的对比[34]

大型风电场形成的大气边界层样貌还与风力发电机组的排布方式和密度有关，这与粗糙度元的概念是一致的。因此，大型风电场的尾流模型还应包括对风电场排布方式的几何解析方法。

陆地风电场通常排布并不规则，较难找到合适的风电场进行验证，但是风电场作为粗糙度元的原理是相同的。由于陆地风电场本身的地表粗糙度较大，因此与海上风电场相比，大型陆地风电场作为粗糙度元，引起的大气边界层扰动相对较小。

在遇到大型风电场问题时，可以通过对风电场区域设置较高的粗糙度，降低标准尾流模型造成的误差。陆地风电场的情况通常比较复杂，Clint等人通过如下设置（GH WindFarmer 4.0）对北美一个风电场进行研究，得到了较为满意的结果^[35]：

z₀₂=z₀₁+0.03m （2-22）

该方法尚未得到足够的实例验证，也没有经过其他风资源评估软件模型的验证，因此仅供读者参考。