IEA风能技术合作研究论坛——扬州大学朱卫军：已经形成了比较系统的风场噪音计算方法

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。
　　10月22日上午，CWP2019 IEA风能技术合作研究论坛在新国展召开。扬州大学智慧能源研究院副院长朱卫军教授，出席论坛并发表题为《风电场气动噪声预测与布局优化方法研究》的主旨演讲。
　　以下为发言全文：
　　我今天想跟大家分享的课题是风电场气动噪声预测与布局优化方法研究。风电场噪声其实是综合性研究，包含了风力机单台机组的空气动力学研究，和复杂大气湍流研究以及气动声学的综合研究。
　　我们研究的目的就是通过风力机空气动力学，在任何点都可以模拟出来。数字模拟方法有几类，我们接触比较多的企业里面，工程模型比较多，还有数字母性，包通过数值模拟方法，直接解决声源和传播，燃烧还有基于欧拉方程的有限差分方法。
　　比如说时域方法，通常说流场+声源+声传播直接求解（DNS）。再比如算一个最简单的圆柱绕流，可以直接用DNS的方法，声传播跟流场是有关联，这是解决声源最传统的方法。
　　如果我们不解声源的东西，可以去求它的声传播，扔一个石子到河里面，扔进去的瞬间可以当成声压搅动，就会形成一个传播，最经典的方法就是解欧拉方程，那个声源穿过一个塔筒反射，大部分是绕射过去，风场里面可能有很多这样的声源。
　　频域方法，不需要很多网格，知道噪声源之后用抛物方程方法求解。这个描述方式是抛物方程方法，描述的是风场当中声音传播过程。
　　结合单台风电机组来看，左右两边各有一个输入，更多的是给风力机组系统计算的输入，同时包含了一个来流和风向湍流，这个可以是单台风电机的求解。将其放到声源数据里面进行求解，把声源求出来之后放到声传播公式里去，同时需要求解的是CFD流场求解去，会得出一个声功率和风力机功率。
　　这是我国东海大桥的尾流图，光研究尾流的话都是非常复杂的情况，风电场的尾流还是建立在这个基础之上。可以用工程尾流模型来解决这个问题，其中丹麦一个风电场，就是利用这个模式。
　　还有一个CFD/AD模型，你要算整个风电场大范围尾流，计算范围是非常大的，比如海上风场消耗的资源会放大，这就需要选择一些其他模型，就是CFD结合制动盘模型，模拟尾流干扰现象，把流场计算出来之后，其实是计算的前期步骤。
　　我在210度的和270度方向两个来流，算完两个流场之后，得出不同流向下的海上风场是不同。首先算出两个流场的噪声地图，这样的话可以清晰地看到，如果评估一个风电场噪声的话，不考虑来流风向是不行的，它面临的来流风速和环境不一样。
　　如果海上风场计算方法可行的话，可以对风电场进行布局。需要多目标优化，首先来讲，CE是关键的量，把升压选取某些特征点，这个图右上角就是一个居民区，以这个居民区的噪声值为约束点，可以得到这么多优化的值，可以对需要进行选择，最左边可能是最经济的，最右边的可能是噪声最低的，但是功率最低。
　　总体而言，目前已经初步形成了比较系统的风场噪音的计算方法，流场计算方法是开发比较系统的风场噪声计算方法，关于流场的计算，需要进一步开发基于复杂地形的工程尾流模型，对于风场优化工作，未来需要进一步优化计算时间。