北京金风科创风电设备陈飞：基于开源CFD的复杂地形风场仿真

能见APP讯：10月20日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。北京金风科创风电设备有限公司流体力学工程师陈飞在论坛上发言，他分享的主题是基于开源CFD复杂地形的风场仿真。

以下为发言全文：

我来自金风科技的风电研究院风资源技术中心，今天的主题是基于开源CFD复杂地形的风场仿真。五是报告分五大部分：

第一是现状与动力，中国风电场开发最大的动力来自于发改委十二五计划，金风科技对发改委十二五计划做了简单的统计，其中山地项目占62%，远比后面四个不同地形总和还高，南方复杂森林地形的风电场开发是中国陆上风电开发的趋势，现状是复杂地形仿真与测风塔误差的结果对比，现在所用的仿真的软件误差在复杂地形中平均达到20%到25%，甚至有40%和50%情况出现，金风科技的解决方案是复杂地形精准的建模、森林模型和边界大气层绕流精准方针等等。

Goldfoam是金风自主开发的流体力学处理器，基本的三大理论，不做具体的细则的介绍，大家感兴趣下面可以交流。

Goldfoam是专门为解决复杂地形以及超复杂地形孕育的一款工具，可以进行定制化风学的分析解决方案，Goldfoam简单的界面，如图，现在界面还在更新的阶段。展示Goldfoam对于复杂地形仿真的结果，不仅可以仿真出三维的矢量的情况，还可以提出US、UY、UZ风资源的情况，可以更加了解风场风资源的分布，还可以提取出反流强度的情况，还可以提取出温度的分布情况。

Goldfoam任务的分析，是基于标准的测试场进行的测试，在南方的复杂地形特别是森林覆盖严重的南方地形情况下，Neutral是不能满足我们的要求，大部分情况对风资源的评估差距是很大的，在热稳定度的分析中怎么去评估热稳定度变化的剧烈程度是看上下风速的交换，也就是表达出刻度尺的方向刻度的情况，上下层变化是慢慢变剧烈的情况（Stable、Neutral、Unstable），我们进行了真实地形的仿真。

真实的项目是在中国的云贵地区，是典型中国南方复杂森林的风电场，并且项目中找到了非常喜欢仿真的项目，高差是一千米以上，风场的正中间有一个很大悬崖，项目的复杂程度在我见到所有项目中算是非常非常非常复杂的项目，据我所知，在国内也没有任何机构敢于在这么复杂项目拿来与CFD仿真的结果进行对比 ，但是金风做了。项目场址十公里，测风塔完整度非常好在85%以上。对于复杂项目的仿真，不仅要做好仿真阶段的仿真计算的过程，还要做前期网格划分阶段，网格划分是基于复杂项目复杂程度，右边是展示针对于不同的山头进行不同加密的尺度，靠近地面进行地表的加密，做了地表边界层，水平方向的网格比是20米，整个风电场控制网格是2000万左右。

仿真的结果展示，通过仿真2号、3号、4号、5号测风塔、总体误差是32.1%，相当于每个测风塔的误差是8%左右，相比Goldfoam的软件，它误差在60%左右，simple达到了113.54%。我们得到的数据感到很欣喜，但是不止在这个阶段欣喜，要评估一个CFD软件真正的稳定度还要把每一层高度平均风速进行对比，我们把测风塔10米、30米、50米、70米不同高度进行了对比，Goldfoam是最好的吻合了实际的测风塔的值，除了3号测风塔，我后面分析原因是1号测风塔作为输入条件、1号和3号测风塔离的很近，几乎是两公里以内，我们可以去除3号测风塔的误差按照，我们看2、4、5号测风塔，Goldfoam完全可以吻合实际测风塔的风速值。

结论与展望：

对比高精度的复杂地形图，需要运用非结构网络进行具体的捕捉。

南方复杂的森林覆盖会很大影响到仿真的结果，需要对森林进行更精准的建模。

热稳定度精准捕捉，更大的提高了仿真的效果，提高风电场收益率是非常有关的。

后面做更多真实项目的测试，对于不同复杂程度项目进行分类归纳，刚刚距离的超大复杂的项目，我们需要对不同复杂的程度进行分类和归纳，进行仿真的选择，做到个性化选举的设计，提高仿真的准确度和速度，用LES模拟进行方针计算，使准确度更加的提高，在一个山头后面放风机是危险的事情，这种情况下LES模拟技术可以看到湍流变化的情况非常的剧烈，从左边的山头运动到右边的山头风速和湍流强度变化，如图，尾流的验证，是用线性模型进行简化风机叶片的模型进行计算，这些技术是比较分散的阶段，预计在明年年中LES模拟仿真技术会在国内外发表。