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更好的计算

From Windpower Guided Tour

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提炼风机阴影的计算

随机转轮方向(随机方位角)

实际中,风力和转轮跟踪太阳是不太可能的。因此我们可以得到更现实的结果,如果我们通过假设转轮可以在任何时间假设任何位置来修改计算。在极右侧的小图片中,可以看到转轮直接面对太阳的情况。右下角的小白点是风机塔架的中心。

现在,让我们假设把转轮位置偏航1度,拍一张阴影图片的快照,然后再偏航1度,再拍另外一张快照,如此等等,直到已经旋转了整360度。然后我们覆盖所有360张快照,最终得到的和左侧的小图相似:中间获得了大部分的阴影,但是随着我们向外缘(即转轮圆盘垂直边缘投下的阴影)移动,阴影的总体强度在减小。

如果你假设一个随机的转轮方向,投影平均减少到最坏情况的63%。理想地,我们应该有一个风玫瑰图,(最好是每天或每月的每小时)来做精确的计算。

固定转轮方向(固定方位角)

事实上,风机转轮将跟随风力方向(如果风速在切入速度以上)。

这个图片显示了北纬55度处,每年具有10小时或更多时间阴影的区域(红色表示)形状,转轮偏航(方位角)固定在45度角(即风一直来自于西南或东北方向)。如你所见,在45度角,即平行于转轮平面的方向几乎没有阴影。

如果我们假设一个固定的转轮方向,典型地投影会降低至最坏情况的62%。



实际转轮方向(风玫瑰图)

通常当规划一个风机场址时,我们已经有了风玫瑰图,具有指南针不同方向上的风力频率分布。利用那个信息,我们可以计算更加精确的阴影图片。在哥本哈根的测试实例中,和最坏情况的数值比较,阴影减少了大约64%。

风机运行小时

转轮不会在所有时间一直运行,所以我们可以把阴影闪烁的分钟数上乘以一个因数,典型值为0.75,取决于当地的风力气候(理想地是每个月使用正确的日间因数)。

实际日照小时

当研究阴影时,我们应该只计算阳光实际明亮照射的那一部分时间,理想地是使用一年中一天的每一小时的适当部分。1853年第一台可靠的日照记录装置被发明(1879年改进),这意味着世界许多地区的气象机构,在一年中会有非常准确的长期日照小时数的统计数据。

日照小时数随地理位置和季节(夏天或冬天)而变化。我们已经包含了三个丹麦站点的(Christiansø, Copenhagen和Viborg)的数据,其日照小时数在44到40之间变化,占时间的36%。

把风机运行小时,实际转轮方向和实际日照小时结合起来

如果我们既使用风机运行小时、实际转轮方向,又使用实际日照小时,就能得到最坏情况假设的大约18%的结果(丹麦的情况),在两个案例中使用75%的运行小时。(上面给出的百分数是哥本哈根的仿真结果,720乘720米正方形的中间放置具有43米转轮直径和50米轮毂高度的一台风机)。

下面的两个图比较了哥本哈根实际仿真中(75%的运行小时)最坏情况的仿真(也是75%的运行小时),都使用了日照和风力的统计数据。红色区域是每年具有30个小时或以上的阴影的地带。每幅图表示720乘720米的面积。

这一仿真的重要结论是,实际日照小时在减少风机(在北半球)北边的阴影上起着非常重要的作用。重要的原因在于,当冬天太阳在天空中很低的时候,日照小时很少。

File:worst30h.gif

File:all30h.gif

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