光伏阵列对阵内风场的影响研究取得新进展
发表日期:2022-09-26来源：
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随着全球能源危机和化石能源快速消耗引起的环境恶化和全球变暖等问题凸现，对核能、风能和太阳能等清洁能源的开发已成为热点。2021年底，中国光伏发电并网装机容量达到306 GW，已连续7年稳居全球第一。随着国家“双碳”目标的提出和推进，包括光伏在内的清洁能源将再次迎来发展的重大机遇。中国西北荒漠地区日照时间长，光热资源丰富，土地面积广阔，在发展光伏能源上具有天然的优势，但仍面临着亟待解决的关键科学和技术问题。目前对光伏风场研究集中在风速和湍流的影响范围和程度，混合风向或者单一风向下的风速廓线、风速脉动、流场分异等垂向结构变化等方面，而对不同风向条件下光伏阵列内风速和风向变化及其引起的复杂环境效应，特别是对局地起尘和板上降尘的潜在影响涉及较少。
中国科学院西北生态环境资源研究院（以下简称“西北研究院”）牛清河博士团队通过在光伏阵列内外建立风况观测断面，架设5套5梯度的自动气象站，实施同步监测，对不同风向条件下光伏阵列对阵内风场的影响进行观测研究（图1）。研究表明：（1）光伏阵列具有导向作用，使风向以顺光伏组串长轴方向的偏西风和偏东风为主。当旷野风向与光伏组串长轴方向夹角β≥45°时，光伏阵列内出现围绕光伏串的横向绕流，阵列内存在明显的双风向，且β越大，双风向特征越明显。（2）光伏阵列整体具有减速作用，且减速率随高度呈指数递增关系，但20 cm高度风速减弱作用具有很大的不确定性，甚至出现增强风速的作用（图2）。减速率随风向的变化呈三峰三谷的区间分布特征，三峰三谷区间的极大值出现在β=45°或β=67.5°处，极小值多出现在β=22.5°处。（3）受光伏组串北高南低的结构和光伏阵列内风程长度的影响，光伏阵列内风向和风速变化存在非对称性特征。光伏阵列对阵内风场的影响，一方面有利于光伏面板除尘，另一方面会增加阵内地表就地起尘的潜在风险。光伏场建设应更加注重光伏阵列内生态保护和修复，提高地表植被覆盖度，减少起尘量，进而提高发电效率。这对深入认识光伏阵列与近地表风场相互作用、光伏基地生态环境效应及其调控具有重要的理论和现实意义。
该成果以“青海共和盆地固定支架式光伏阵列对阵内风场的影响”为题发表于《中国沙漠》2022年第5期。西北研究院牛清河博士为论文通讯作者。该研究获国家电投集团统筹研发经费支持项目（KYTC2020GF10）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA23060201）共同资助。
图1 研究区位置图和观测站点布设图
图2 不同风向条件下光伏阵列对近地表风速的影响
附件
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