大型风力发电场对华北地区大气影响的数值模拟研究

摘要

作为一种清洁的可再生能源,风电在过去几十年中取得了快速的发展,目前中国风电装机容量居世界第一。虽然风机运行过程中不会造成污染或温室气体的直接排放,但会改变风力发电场区域地表状况,进而对大气形成潜在的扰动和影响。本研究利用大气数值模式WRF,结合两种风轮机参数化方案(地表粗糙度增加参数化方案和风机曳力参数化方案),探讨了中国北方大型风力发电场对大气要素(风速,湍流和温度)的潜在扰动及影响。通过敏感性实验研究表明,大型风力发电场会造成风电场内部和其临近区域风速的衰减,且冬季(1月)的衰减程度明显强于夏季(7月)。另外由于风轮机产生的湍动动能增加了空气的垂直混合,造成冬季(1月)风电场内部和下游地区在风轮机轮毂高度处和地表空气温度的上升,且轮毂处升温强度略高于地面。在夏季(7月),风轮机也导致在风电场临近区域地表和轮毂高度处的温度发生变化。考虑到风轮机在叶片转动区域产生大量的湍动动能,推断地面和轮毂高度温度升高主要是由于湍流混合增强,形成了湍流逆温效应。