風(fēng)資源微觀選址發(fā)電量計(jì)算評(píng)估中，為了計(jì)算地形和地貌對(duì)風(fēng)的影響，需要對(duì)影響風(fēng)流場模擬的因素進(jìn)行綜合考慮。地形和地貌對(duì)風(fēng)的影響主要來自于三個(gè)方面：地形、障礙物和粗糙度等。CFD建模過程中，在整個(gè)計(jì)算區(qū)域中選擇不同的粗糙度文件對(duì)于各機(jī)位處的風(fēng)速、湍流等風(fēng)況參數(shù)以及發(fā)電量均有影響。分析不同粗糙度對(duì)于風(fēng)參的具體影響，規(guī)范科學(xué)取值，有利于真實(shí)仿真風(fēng)機(jī)周邊的地形地貌對(duì)流體建模影響，更為準(zhǔn)確的評(píng)估客觀發(fā)電量。

地表粗糙度是表示下墊面性質(zhì)對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)影響的物理量，具有長度量綱的特征參數(shù)，地表粗糙度常用Z0來表示，從空氣動(dòng)力學(xué)角度衡量地表面粗糙程度的量，在一定風(fēng)速條件下它的大小反映湍流動(dòng)量傳輸?shù)男省５乇泶植诙鹊拇笮∪Q于地面障礙物的高低、式樣和間距。通常也借助于近地面層風(fēng)速廓線的觀測來確定。現(xiàn)階段風(fēng)能資源評(píng)估在流體仿真中使用的粗糙度數(shù)據(jù)源主要有ESA300m-2010、ESA10m-2020、LC100m-2019、GLC30-2010與GLC30-2020。

為對(duì)比不同精度粗糙度在風(fēng)資源評(píng)估中對(duì)結(jié)果的影響，現(xiàn)以某平原項(xiàng)目為例，采用不同粗糙度數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行仿真模擬（其他仿真輸入條件保持一致），對(duì)比哪種粗糙度數(shù)據(jù)對(duì)仿真結(jié)果更為有利。該項(xiàng)目地形地貌表現(xiàn)為平原，村莊、農(nóng)田、樹林分布其間，表征地形地貌的粗糙度和測風(fēng)塔與機(jī)位分布圖如下：

圖1  ESA10m-2020定向粗糙度示意圖

圖2 ESA300m-2010定向粗糙度示意圖

不同粗糙度建模下，2個(gè)測風(fēng)塔風(fēng)速互推模擬情況如下：

表1 某項(xiàng)目測風(fēng)塔互推對(duì)比

對(duì)比兩個(gè)數(shù)據(jù)源定向結(jié)果，ESA10m-2020、ESA300m-2010對(duì)平原項(xiàng)目不同地類區(qū)分中，均將成片民居及村鎮(zhèn)識(shí)別為粗糙長度為0.4，其中ESA10m對(duì)成片樹林識(shí)別為0.5，ESA300m識(shí)別較少且識(shí)別為粗糙長度為0.3，對(duì)比來看，ESA10m模擬更符合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛卜植记闆r。

從此平原項(xiàng)目的風(fēng)速推算發(fā)現(xiàn)，在使用CFD仿真軟件進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估時(shí)，使用ESA10m-2020版本數(shù)據(jù)源時(shí)，風(fēng)速模擬的模擬誤差較小，且切變的模擬也與實(shí)際更接近。

通過多個(gè)項(xiàng)目（包括山地項(xiàng)目）采用不同粗糙度數(shù)據(jù)的對(duì)比，主要關(guān)注的覆蓋國內(nèi)的粗糙度數(shù)據(jù)源ESA300m-2010、ESA10m-2020、LC100m-2019這三個(gè)數(shù)據(jù)源從提取地表影像來看粗糙度精細(xì)化程度優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋?/p>

ESA10m-2020＞LC100m-2019＞ESA300m-2010；

從粗糙度分辨率來說粗糙度精細(xì)化優(yōu)先級(jí)為：

ESA10m-2020＞LC100m-2019＞ESA300m-2010。

從不同案例的測風(fēng)塔互推結(jié)果來看，對(duì)于地表覆蓋多樣性的平坦地形區(qū)域，例如村莊、城鎮(zhèn)、農(nóng)田、森林、湖泊眾多的內(nèi)陸及沿海，年代最新和分辨率較高的數(shù)據(jù)能更好的反映實(shí)際的地表情況，因此使用ESA10m-2020粗糙度進(jìn)行仿真結(jié)果較好，但是對(duì)于山地項(xiàng)目，效果相對(duì)不明顯，主要原因在于仿真時(shí)復(fù)雜的地形影響起到了主導(dǎo)作用。