風(fēng)電場測(cè)風(fēng)和風(fēng)資源評(píng)估

1、風(fēng)電場測(cè)風(fēng)和風(fēng)資源評(píng)估,薛 桁 中國氣象科學(xué)研究院2011.10,一.風(fēng)電場的測(cè)風(fēng),測(cè)風(fēng)塔選址測(cè)風(fēng)塔選址原則測(cè)風(fēng)塔位置的選擇要力求每個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)位置具有本區(qū)域風(fēng)能資源的代表性。在代表性可保證的條件下還應(yīng)兼顧人員比較容易到達(dá)，盡量選取無線傳輸信號(hào)較好，以使觀測(cè)活動(dòng)具備較好的可操作性。）此外, 測(cè)風(fēng)塔選址還應(yīng)避開不適宜建設(shè)風(fēng)電場的區(qū)域。如基本農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林地、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、礦產(chǎn)壓覆區(qū)、墓地、居民點(diǎn)、軍事禁區(qū)、規(guī)劃

2、建設(shè)區(qū)等，并注意環(huán)境保護(hù)與水土保持等。,,技術(shù)要求針對(duì)詳查區(qū)域的不同地形特點(diǎn)，特提出以下相應(yīng)的技術(shù)要求：地形劃分地形可劃分為平坦地形和復(fù)雜地形兩大類。,地形,平坦地形指地形起伏不大，周圍4-6km半徑范圍內(nèi)，特別是盛行風(fēng)上風(fēng)方向地形相對(duì)高差一般小于50m，坡度小于3°。平坦地形可包括高原臺(tái)地和平原等。復(fù)雜地形可以分為隆升地形和低凹地形。復(fù)雜地形包括山地、丘陵等，復(fù)雜地形流場復(fù)雜，特別要注意在復(fù)雜地形上的選址問題。,不同

3、地形的選址技術(shù)要求,(1).高原臺(tái)地和平原 高原臺(tái)地指海拔高度較高（1000m以上）的高原地區(qū)平坦地形，面積范圍比較大。高原臺(tái)地大致可分為大片的地勢(shì)平坦荒漠草原（或戈壁）和較大面積局地隆起的臺(tái)地?；哪菰ɑ蚋瓯冢┰O(shè)置一個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的詳查區(qū)，測(cè)風(fēng)點(diǎn)應(yīng)選在冷空氣南下的路徑上（結(jié)合第三次風(fēng)能普查和調(diào)研成果），位置應(yīng)選擇在整個(gè)區(qū)域的中心部位偏主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)。設(shè)置N個(gè)（2個(gè)以上）測(cè)風(fēng)塔的區(qū)域，每個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)基本覆蓋詳查區(qū)域的面積1/N。對(duì)局部隆起

4、的臺(tái)地（高出周圍50～100m左右的區(qū)域），應(yīng)首先從地形圖上找出臺(tái)地的范圍。設(shè)置一個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的詳查區(qū)，選擇中心偏主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)具有代表性的位置設(shè)置測(cè)風(fēng)塔；對(duì)應(yīng)設(shè)置N個(gè)測(cè)風(fēng)塔的詳查區(qū)，每個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)基本覆蓋詳查區(qū)域的面積1/N，適當(dāng)考慮向上、下游延伸，距臺(tái)地邊緣應(yīng)保持1～2km的距離。平原詳查區(qū)的測(cè)風(fēng)塔位置選址主要考慮測(cè)風(fēng)塔面積代表性，一般測(cè)風(fēng)塔在詳查區(qū)域呈均勻分布。高原臺(tái)地和平原測(cè)風(fēng)塔位置選址原則是將測(cè)風(fēng)塔設(shè)于中心位置或地形略高、空曠的地方，

5、下墊面植被較一致。,,(2).淺山丘陵淺山丘陵屬復(fù)雜地形，是指那些較大范圍內(nèi)相對(duì)高差不大，在50～100m左右。淺山丘陵區(qū)，地形以丘陵片狀分布為主，或是從平原向山地的過渡帶。淺山丘陵地形詳查區(qū)可能有兩種情況：一是詳查區(qū)為一片相對(duì)孤立的丘陵區(qū)，二是詳查區(qū)為大片丘陵區(qū)中的一部分。詳查區(qū)位于平原向山地的過渡帶中按淺山丘陵地形詳查區(qū)處理。在孤立的丘陵詳查區(qū)，測(cè)風(fēng)塔位置盡量選擇較為連貫且面積相對(duì)較大的丘陵上；在處于大片丘陵區(qū)中的詳查區(qū)，測(cè)

6、風(fēng)塔位置要選擇相對(duì)較長較寬的丘陵上。對(duì)應(yīng)設(shè)置N個(gè)測(cè)風(fēng)塔的詳查區(qū)，每個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)基本覆蓋詳查區(qū)域面積的1/N。盡量選擇與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似垂直的丘陵上布塔。如選不出與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似垂直的丘陵，塔址必須選在與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似平行的丘陵時(shí)，要將塔址選在丘陵中央，確認(rèn)測(cè)風(fēng)塔位置周圍確實(shí)較為開闊，保證盛行風(fēng)方向不受阻擋。避免將測(cè)風(fēng)塔位置選在對(duì)氣流有壓縮效應(yīng)的地方。盡量不要選擇丘陵頂部面積相對(duì)較小，與周圍相對(duì)高差較大，拉線坑不易設(shè)置的位置。初選

7、測(cè)風(fēng)點(diǎn)的海拔高度應(yīng)考慮設(shè)在未來風(fēng)電場平均海拔高度或偏高一些。在盛行風(fēng)方向上沒有明顯高出測(cè)風(fēng)點(diǎn)的丘陵。,,(3).山地山地是典型的復(fù)雜地形，山地相對(duì)高度在100m以上，山體較大，山脊較長，連綿起伏。山地詳查區(qū)地形較為復(fù)雜，通常是某一山體的一部分，一般高于周圍的山體。這類詳查區(qū)測(cè)風(fēng)塔位置選擇除要參考淺山丘陵測(cè)點(diǎn)選址的技術(shù)要點(diǎn)外，還要注意以下幾方面：山地詳查區(qū)測(cè)風(fēng)塔位置應(yīng)選在范圍較大并適合安裝風(fēng)電機(jī)組的山體上；高度應(yīng)比未來可能風(fēng)電場的平

8、均高度略高；測(cè)風(fēng)塔應(yīng)選擇在與盛行風(fēng)向近似垂直的山脊上，測(cè)風(fēng)塔盛行風(fēng)方向上游避免有影響該位置風(fēng)速的山體。,,（4）沿海地形平坦的沿海詳查區(qū)，測(cè)風(fēng)塔位置盡量位于海岸線向陸地延伸1km范圍之內(nèi)、防風(fēng)林的外側(cè)（向海）。地形復(fù)雜的詳查區(qū)視地形的不同分別參照(2)或(3)節(jié)要求執(zhí)行。設(shè)置垂直于海岸線剖面觀測(cè)的詳查區(qū)，觀測(cè)剖面由3座塔組成，其中潮間帶（或岸邊）設(shè)一座，向內(nèi)陸500米、1500米各設(shè)一座。海岬地區(qū)測(cè)風(fēng)塔選點(diǎn)應(yīng)視海岬與盛行風(fēng)向的夾角

9、和地形狀況而定，測(cè)風(fēng)塔盡量選在與盛行風(fēng)向近似垂直的地方，沖積型岸帶參照平坦地形原則選址，山地岸帶參照丘陵型測(cè)風(fēng)塔選址原則選址。島嶼測(cè)風(fēng)塔選址，多數(shù)情況是一個(gè)塔要代表周圍幾個(gè)島嶼的范圍，因此應(yīng)盡量選在區(qū)域中心、風(fēng)能資源測(cè)量具有代表性的島嶼，其地點(diǎn)可參照陸地平坦或丘陵型地形的選址原則。,測(cè)風(fēng)塔選址準(zhǔn)備工作,1. 組建選址（踏勘）小組選址（踏勘）小組由技術(shù)人員（觀測(cè)、氣候、施工、工程評(píng)價(jià)方面等）、地方人員、向?qū)У冉M成。2. 準(zhǔn)備現(xiàn)場勘察

10、設(shè)備和資料包括地形圖、分縣地圖冊(cè)及擬定詳查區(qū)域標(biāo)注了初步選點(diǎn)位置的大比例尺地形圖（1：50000）、遙感圖、手持GPS、指南針、手持測(cè)風(fēng)儀、照相機(jī)（或攝象機(jī)）、越野車、交通圖、有關(guān)規(guī)劃圖紙、必要的野外防護(hù)裝備等。3. 圖上初選根據(jù)詳查區(qū)域范圍的大小，在地形圖上，根據(jù)本詳查區(qū)氣象站年平均風(fēng)速、盛行風(fēng)向，本省風(fēng)能資源分布和區(qū)劃，以及已建風(fēng)電場及測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)結(jié)果，初步劃定測(cè)風(fēng)塔位置大體范圍。在1：50000地形圖上，根據(jù)地形狀況，確定多個(gè)

11、備選測(cè)風(fēng)塔位置，即備選位置數(shù)量多于正式設(shè)點(diǎn)數(shù)量。4.制定踏勘方案踏勘前應(yīng)做出踏勘方案，包括踏勘計(jì)劃、路線、時(shí)間、地點(diǎn)、準(zhǔn)備參加的單位和人員，制定必要的應(yīng)急預(yù)案。踏勘前必須與當(dāng)?shù)夭块T取得聯(lián)系，得到當(dāng)?shù)氐呐浜稀?測(cè)風(fēng)塔選址現(xiàn)場踏勘,1.現(xiàn)場勘查初定觀測(cè)點(diǎn)位置根據(jù)圖上初步選點(diǎn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場選點(diǎn)踏勘，以確定擬選觀測(cè)點(diǎn)的合理性兼顧工程可操作性、觀測(cè)實(shí)施的可行性等。野外踏勘，應(yīng)查看并記錄踏勘區(qū)域地形特點(diǎn)：地形、面積、山地走向、丘陵帶長度，

12、谷地的寬窄、樹（樹形、樹種）、草、地表等，測(cè)量測(cè)風(fēng)點(diǎn)的經(jīng)緯度等。根據(jù)選址技術(shù)原則及選址的技術(shù)要點(diǎn)初定觀測(cè)點(diǎn)位置（包括備份測(cè)點(diǎn)）。①確認(rèn)滿足建塔施工條件的位置上，設(shè)置較醒目的標(biāo)志，以便于測(cè)風(fēng)塔建設(shè)單位隨后施工時(shí)辨認(rèn)；②在大比例尺地形圖上標(biāo)注選定觀測(cè)站位置、編號(hào)（或名稱）、經(jīng)緯度、海拔高度、觀測(cè)塔高度、儀器設(shè)置層次等信息；③拍攝選定觀測(cè)站周邊環(huán)境實(shí)景照片并存檔。④施工搬運(yùn)難度估計(jì)：機(jī)動(dòng)車可到達(dá)的位置，需要人工搬運(yùn)的距離、地形、是否有

13、人行小道、需要專門修筑的簡易施工道路長度等；海島場址的船運(yùn)距離、是否已有簡易碼頭等。⑤選點(diǎn)日記：描述擬選觀測(cè)點(diǎn)的周邊環(huán)境; 地形狀況：山頂（脊）長度、寬度、平整度、山體或海岸落差等地質(zhì)狀況：巖石、沙地、土壤層厚度等，為測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考；植被狀況：平均高度、密度、樹種或作物種類等。2.測(cè)風(fēng)點(diǎn)確定在全面踏勘現(xiàn)場，分析擬選測(cè)風(fēng)塔代表性和觀測(cè)環(huán)境，評(píng)估實(shí)施觀測(cè)活動(dòng)可行性基礎(chǔ)上，分析、評(píng)估各初定觀測(cè)點(diǎn)各種信息和優(yōu)劣，根據(jù)安排的測(cè)風(fēng)塔數(shù)

14、量，對(duì)備選點(diǎn)進(jìn)行篩選，最后確定各測(cè)風(fēng)塔位置。,測(cè)風(fēng)塔的代表性,不同等級(jí)地形測(cè)量活動(dòng)的要求,建立測(cè)量地點(diǎn)文檔,測(cè)風(fēng)塔確切的位置測(cè)風(fēng)塔周圍環(huán)境的文件附近障礙物距離，主要性能和維度的具體說明地形資料：現(xiàn)場描述或照片資料和現(xiàn)場周圍的典型要素現(xiàn)場表示山志學(xué)和崎嶇狀況的地形圖可能的衛(wèi)星和航空相片,二、 風(fēng)測(cè)量,測(cè)風(fēng)項(xiàng)目按照《風(fēng)電場風(fēng)能資源測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，風(fēng)電場風(fēng)的測(cè)量包括：逐時(shí)10分鐘平均風(fēng)速、風(fēng)向、每日極大風(fēng)速、風(fēng)的湍流強(qiáng)度等

15、測(cè)風(fēng)設(shè)備1.傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)儀 風(fēng)杯式 螺旋漿式 ……2.新型測(cè)風(fēng)儀 超聲波測(cè)風(fēng)儀 多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá) 風(fēng)廓線儀 …….對(duì)測(cè)風(fēng)設(shè)備的要求測(cè)風(fēng)設(shè)備的檢定測(cè)量范圍 誤差 采樣時(shí)間與間隔 距離常數(shù) 可靠性……,一些傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)儀,風(fēng)電場常用測(cè)風(fēng)儀 如NRG測(cè)風(fēng)儀,超聲波測(cè)風(fēng)儀,多普勒風(fēng)廓線儀,多普勒風(fēng)廓線儀測(cè)風(fēng)與鐵塔測(cè)風(fēng)的對(duì)比 (摘

16、自劉薇文章:Practical Research on Portable Instruments for Wind Characteristics Investigation Using a Mini Doppler SODAR),風(fēng)電場測(cè)風(fēng)塔的設(shè)置要求,風(fēng)電場測(cè)風(fēng)塔設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在能代表本風(fēng)電場范圍風(fēng)況的地方，在未來擬布風(fēng)機(jī)的地區(qū)設(shè)置主塔1-2座，在風(fēng)場范圍四個(gè)（至少二個(gè)）邊緣各設(shè)一個(gè)輔助塔，另外在有特殊需要處還需設(shè)置必要的輔助塔。塔

17、周圍要求盡量做到氣象臺(tái)站正規(guī)測(cè)風(fēng)場地的環(huán)境要求（水體邊設(shè)場除外）。 觀測(cè)塔主塔要求設(shè)置4-5層測(cè)風(fēng)，從10米到風(fēng)機(jī)輪轂高度配置（目前一般到70-100米），輔助塔可以設(shè)10、20、40米高度三層。需要時(shí)還可設(shè)若干10米測(cè)風(fēng)桿以輔助測(cè)量。,測(cè)風(fēng)儀,測(cè)風(fēng)儀吊桿應(yīng)從盛行風(fēng)向偏移90度12個(gè)月后應(yīng)對(duì)測(cè)風(fēng)儀重新校準(zhǔn),溫度和氣壓測(cè)量,傳感器的安裝應(yīng)在測(cè)風(fēng)塔10m高度以內(nèi),三、 風(fēng)電場風(fēng)資源評(píng)估 風(fēng)電場風(fēng)能資源評(píng)估方法

18、 GB/T18710-2002,,測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)要求氣象站長期測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù) 30年逐年、月平均風(fēng)速 累年平均氣溫、氣壓 極端記錄氣象站同期逐小時(shí)風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)驗(yàn)證 完整性 合理性 不合理數(shù)據(jù)和缺測(cè)數(shù)據(jù)的處理 有效數(shù)據(jù)完整率

19、---90%數(shù)據(jù)訂正 訂正到反映長期平均水平的代表年數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)驗(yàn)證訂正及計(jì)算風(fēng)資源參數(shù),風(fēng)電場測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的整理 氣象臺(tái)站測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)電場測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的比較,風(fēng)電場測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)需要與鄰近氣象臺(tái)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便獲得長年代風(fēng)電場風(fēng)資源的多年平均狀況（代表年訂正）。相鄰氣象臺(tái)站應(yīng)選取盡可能接近、地形及天氣氣候背景條件相似的臺(tái)站，以平坦地形地區(qū)較好，有條件可選多個(gè)氣

20、象臺(tái)站更好(多元回歸)。 訂正的長年?duì)顩r方法可按“風(fēng)電場風(fēng)能資源評(píng)估方法”標(biāo)準(zhǔn)的附錄A進(jìn)行。,測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,完整性檢驗(yàn)：數(shù)量，數(shù)據(jù)數(shù)量應(yīng)等于預(yù)期記錄的數(shù)據(jù)數(shù)量；時(shí)間順序，數(shù)據(jù)的時(shí)間順序應(yīng)符合預(yù)期的開始、結(jié)束時(shí)間，中間應(yīng)連續(xù)。 合理性檢驗(yàn)：包括記錄值的合理范圍、相鄰高度記錄值的合理相關(guān)性及記錄值的合理變化趨勢(shì)等。,測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的處理,要求列出所有的合理數(shù)據(jù)和缺測(cè)數(shù)據(jù)及其發(fā)生時(shí)間；對(duì)不合理數(shù)據(jù)進(jìn)一步判別，挑出

21、符合實(shí)際情況的有效數(shù)據(jù)，回歸原數(shù)據(jù)組；將備分或可供參考的傳感器同期記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理，替換已確認(rèn)為無效的數(shù)據(jù)或填補(bǔ)缺測(cè)的數(shù)據(jù)。,,數(shù)據(jù)分析內(nèi)容平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度風(fēng)速和風(fēng)能頻率風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布風(fēng)切變指數(shù)湍流強(qiáng)度參考判據(jù) 風(fēng)況 風(fēng)功率密度 方向分布 日和年變化 湍流強(qiáng)度50年一遇最(極)大風(fēng)速 低溫 積冰 雷暴 鹽霧 沙塵等,長期評(píng)估（代表年訂正）,測(cè)量-相關(guān)-預(yù)測(cè)（MCP）參考數(shù)

22、據(jù)時(shí)間長度：30年具有代表性，受可靠性和連貫性的限制，10年的時(shí)間段通常被認(rèn)為是長期具有代表性的和可靠性的較好選擇。,測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)長年訂正條件和方法,條件 同期測(cè)風(fēng)結(jié)果相關(guān)性好 30年以上規(guī)范的測(cè)風(fēng)記錄 地形相似 距風(fēng)場較近訂正方法 按十六個(gè)方位作風(fēng)速相關(guān),進(jìn)行差值訂正 可選鄰近多個(gè)氣象站作多元相關(guān)注意防止非自然因素的風(fēng)速記錄下滑進(jìn)行的錯(cuò)誤訂正,,氣象臺(tái)站測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)電場測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的比較

23、 風(fēng)電場測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)需要與鄰近氣象臺(tái)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便獲得長年代風(fēng)電場風(fēng)資源的多年平均狀況。相鄰氣象臺(tái)站應(yīng)選取盡可能接近、地形及天氣氣候背景條件相似的臺(tái)站，以平坦地形地區(qū)較好，有條件可選多個(gè)氣象臺(tái)站更好。,將風(fēng)場短期測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)訂正為代表年風(fēng)況數(shù)據(jù)的方法,1）作風(fēng)場測(cè)站與對(duì)應(yīng)年份的長期測(cè)站各風(fēng)向象限的風(fēng)速相關(guān)曲線。某一風(fēng)向象限內(nèi)風(fēng)速相關(guān)曲線的具體做法是：建一直角坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)軸為長期測(cè)站風(fēng)速，縱坐標(biāo)軸為風(fēng)場測(cè)站的風(fēng)速。取風(fēng)場

24、測(cè)站在該象限內(nèi)的某一風(fēng)速值（某一風(fēng)速值在一個(gè)風(fēng)向象限內(nèi)一般有許多個(gè)，分別出現(xiàn)在不同時(shí)刻）為縱坐標(biāo)，找出長期測(cè)站各對(duì)應(yīng)時(shí)刻的風(fēng)速值（這些風(fēng)速值不一定相同，風(fēng)向也不一定與風(fēng)場測(cè)站相對(duì)應(yīng)），求其平均值作為橫坐標(biāo)即可定出相關(guān)曲線的一個(gè)點(diǎn)。對(duì)風(fēng)場測(cè)站在該象限內(nèi)的其余每一個(gè)風(fēng)速重復(fù)上述過程，就可作出這一象限內(nèi)的風(fēng)速相關(guān)曲線。對(duì)其余各象限重復(fù)上述過程，可獲得16個(gè)風(fēng)場測(cè)站與長期測(cè)站的風(fēng)速相關(guān)曲線。,,2）對(duì)每個(gè)風(fēng)速相關(guān)曲線，在橫坐標(biāo)軸上標(biāo)明長期測(cè)站多

25、年的年平均風(fēng)速，以及與風(fēng)場測(cè)站觀測(cè)同期的長期測(cè)站的年平均風(fēng)速，然后在縱坐標(biāo)軸上找到對(duì)應(yīng)的風(fēng)場測(cè)站的兩個(gè)風(fēng)速值，并求出這兩個(gè)風(fēng)速值的代數(shù)差值（共有16個(gè)代數(shù)差值）。 3）風(fēng)場測(cè)站數(shù)據(jù)的各個(gè)風(fēng)向象限內(nèi)的每個(gè)風(fēng)速都加上對(duì)應(yīng)的風(fēng)速代數(shù)差值，即可獲得訂正后的風(fēng)場測(cè)站風(fēng)速風(fēng)向資料。,關(guān)于風(fēng)切變指數(shù),測(cè)風(fēng)塔的風(fēng)梯度觀測(cè) 測(cè)風(fēng)層次的設(shè)定 10米標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)機(jī)輪榖高度冪指數(shù)α的計(jì)算 最小二乘方擬合層次 層數(shù)過少，小的觀測(cè)

26、誤差會(huì)造成大的計(jì)算誤差，因此，層數(shù)不少于4-5層 樣本足夠大,冪指數(shù)α的計(jì)算,風(fēng)切變冪律公式：式中：α為風(fēng)切變指數(shù)； U1為Z1高度的風(fēng)速，單位m/s； U為Z高度的風(fēng)速， 單位m/s。,風(fēng)電場風(fēng)況與風(fēng)機(jī)類別選擇 IEC61400—1 抗風(fēng)能力與風(fēng)機(jī)葉片長度有關(guān),長度越長抗風(fēng)能力越差; 發(fā)電量與葉片長度有關(guān),葉片越長發(fā)