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1、风电场测风和风资源评估,薛 桁 中国气象科学研究院2011.10,一.风电场的测风,测风塔选址测风塔选址原则测风塔位置的选择要力求每个测风点位置具有本区域风能资源的代表性。在代表性可保证的条件下还应兼顾人员比较容易到达，尽量选取无线传输信号较好，以使观测活动具备较好的可操作性。）此外,测风塔选址还应避开不适宜建设风电场的区域。如基本农田、经济林地、自然保护区、风景名胜区、矿产压覆区、墓地、居民点、军事禁区、规划建设区等，并注意环境保护与水土保持等。,技术要求针对详查区域的不同地形特点，特提出以下相应的技术要求：地形划分地形可划分为平坦地形和复杂地形两大类。,地形,平坦地形指地形起伏不大，周围4
2、-6km半径范围内，特别是盛行风上风方向地形相对高差一般小于50m，坡度小于3。平坦地形可包括高原台地和平原等。复杂地形可以分为隆升地形和低凹地形。复杂地形包括山地、丘陵等，复杂地形流场复杂，特别要注意在复杂地形上的选址问题。,不同地形的选址技术要求,(1).高原台地和平原 高原台地指海拔高度较高（1000m以上）的高原地区平坦地形，面积范围比较大。高原台地大致可分为大片的地势平坦荒漠草原（或戈壁）和较大面积局地隆起的台地。荒漠草原（或戈壁）设置一个测风点的详查区，测风点应选在冷空气南下的路径上（结合第三次风能普查和调研成果），位置应选择在整个区域的中心部位偏主导风向一侧。设置N个（2个以上）
3、测风塔的区域，每个测风点基本覆盖详查区域的面积1/N。对局部隆起的台地（高出周围50100m左右的区域），应首先从地形图上找出台地的范围。设置一个测风点的详查区，选择中心偏主导风向侧具有代表性的位置设置测风塔；对应设置N个测风塔的详查区，每个测风点基本覆盖详查区域的面积1/N，适当考虑向上、下游延伸，距台地边缘应保持12km的距离。平原详查区的测风塔位置选址主要考虑测风塔面积代表性，一般测风塔在详查区域呈均匀分布。高原台地和平原测风塔位置选址原则是将测风塔设于中心位置或地形略高、空旷的地方，下垫面植被较一致。,(2).浅山丘陵浅山丘陵属复杂地形，是指那些较大范围内相对高差不大，在50100m左
4、右。浅山丘陵区，地形以丘陵片状分布为主，或是从平原向山地的过渡带。浅山丘陵地形详查区可能有两种情况：一是详查区为一片相对孤立的丘陵区，二是详查区为大片丘陵区中的一部分。详查区位于平原向山地的过渡带中按浅山丘陵地形详查区处理。在孤立的丘陵详查区，测风塔位置尽量选择较为连贯且面积相对较大的丘陵上；在处于大片丘陵区中的详查区，测风塔位置要选择相对较长较宽的丘陵上。对应设置N个测风塔的详查区，每个测风点基本覆盖详查区域面积的1/N。尽量选择与当地盛行风向近似垂直的丘陵上布塔。如选不出与当地盛行风向近似垂直的丘陵，塔址必须选在与当地盛行风向近似平行的丘陵时，要将塔址选在丘陵中央，确认测风塔位置周围确实较
5、为开阔，保证盛行风方向不受阻挡。避免将测风塔位置选在对气流有压缩效应的地方。尽量不要选择丘陵顶部面积相对较小，与周围相对高差较大，拉线坑不易设置的位置。初选测风点的海拔高度应考虑设在未来风电场平均海拔高度或偏高一些。在盛行风方向上没有明显高出测风点的丘陵。,(3).山地山地是典型的复杂地形，山地相对高度在100m以上，山体较大，山脊较长，连绵起伏。山地详查区地形较为复杂，通常是某一山体的一部分，一般高于周围的山体。这类详查区测风塔位置选择除要参考浅山丘陵测点选址的技术要点外，还要注意以下几方面：山地详查区测风塔位置应选在范围较大并适合安装风电机组的山体上；高度应比未来可能风电场的平均高度略高；
6、测风塔应选择在与盛行风向近似垂直的山脊上，测风塔盛行风方向上游避免有影响该位置风速的山体。,（4）沿海地形平坦的沿海详查区，测风塔位置尽量位于海岸线向陆地延伸1km范围之内、防风林的外侧（向海）。地形复杂的详查区视地形的不同分别参照(2)或(3)节要求执行。设置垂直于海岸线剖面观测的详查区，观测剖面由3座塔组成，其中潮间带（或岸边）设一座，向内陆500米、1500米各设一座。海岬地区测风塔选点应视海岬与盛行风向的夹角和地形状况而定，测风塔尽量选在与盛行风向近似垂直的地方，冲积型岸带参照平坦地形原则选址，山地岸带参照丘陵型测风塔选址原则选址。岛屿测风塔选址，多数情况是一个塔要代表周围几个岛屿的范
7、围，因此应尽量选在区域中心、风能资源测量具有代表性的岛屿，其地点可参照陆地平坦或丘陵型地形的选址原则。,测风塔选址准备工作,1.组建选址（踏勘）小组选址（踏勘）小组由技术人员（观测、气候、施工、工程评价方面等）、地方人员、向导等组成。2.准备现场勘察设备和资料包括地形图、分县地图册及拟定详查区域标注了初步选点位置的大比例尺地形图（1：50000）、遥感图、手持GPS、指南针、手持测风仪、照相机（或摄象机）、越野车、交通图、有关规划图纸、必要的野外防护装备等。3.图上初选根据详查区域范围的大小，在地形图上，根据本详查区气象站年平均风速、盛行风向，本省风能资源分布和区划，以及已建风电场及测风塔测风
8、结果，初步划定测风塔位置大体范围。在1：50000地形图上，根据地形状况，确定多个备选测风塔位置，即备选位置数量多于正式设点数量。4.制定踏勘方案踏勘前应做出踏勘方案，包括踏勘计划、路线、时间、地点、准备参加的单位和人员，制定必要的应急预案。踏勘前必须与当地部门取得联系，得到当地的配合。,测风塔选址现场踏勘,1.现场勘查初定观测点位置根据图上初步选点方案，进行现场选点踏勘，以确定拟选观测点的合理性兼顾工程可操作性、观测实施的可行性等。野外踏勘，应查看并记录踏勘区域地形特点：地形、面积、山地走向、丘陵带长度，谷地的宽窄、树（树形、树种）、草、地表等，测量测风点的经纬度等。根据选址技术原则及选址的
9、技术要点初定观测点位置（包括备份测点）。确认满足建塔施工条件的位置上，设置较醒目的标志，以便于测风塔建设单位随后施工时辨认；在大比例尺地形图上标注选定观测站位置、编号（或名称）、经纬度、海拔高度、观测塔高度、仪器设置层次等信息；拍摄选定观测站周边环境实景照片并存档。施工搬运难度估计：机动车可到达的位置，需要人工搬运的距离、地形、是否有人行小道、需要专门修筑的简易施工道路长度等；海岛场址的船运距离、是否已有简易码头等。选点日记：描述拟选观测点的周边环境;地形状况：山顶（脊）长度、宽度、平整度、山体或海岸落差等地质状况：岩石、沙地、土壤层厚度等，为测风塔基础设计提供参考；植被状况：平均高度、密度、
10、树种或作物种类等。2.测风点确定在全面踏勘现场，分析拟选测风塔代表性和观测环境，评估实施观测活动可行性基础上，分析、评估各初定观测点各种信息和优劣，根据安排的测风塔数量，对备选点进行筛选，最后确定各测风塔位置。,测风塔的代表性,不同等级地形测量活动的要求,建立测量地点文档,测风塔确切的位置测风塔周围环境的文件附近障碍物距离，主要性能和维度的具体说明地形资料：现场描述或照片资料和现场周围的典型要素现场表示山志学和崎岖状况的地形图可能的卫星和航空相片,二、风测量,测风项目按照风电场风能资源测量方法标准规定，风电场风的测量包括：逐时10分钟平均风速、风向、每日极大风速、风的湍流强度等测风设备1.传统
11、测风仪 风杯式 螺旋浆式 2.新型测风仪 超声波测风仪 多普勒测风雷达 风廓线仪.对测风设备的要求测风设备的检定测量范围 误差 采样时间与间隔 距离常数 可靠性,一些传统测风仪,风电场常用测风仪 如NRG测风仪,超声波测风仪,多普勒风廓线仪,多普勒风廓线仪测风与铁塔测风的对比(摘自刘薇文章:Practical Research on Portable Instruments for Wind Characteristics Investigation Using a Mini Doppler SODAR),风电场测风塔的设置要求,风电场测风塔设置地点应设在能代表本风电场范围风况的地方，在未来拟
12、布风机的地区设置主塔1-2座，在风场范围四个（至少二个）边缘各设一个辅助塔，另外在有特殊需要处还需设置必要的辅助塔。塔周围要求尽量做到气象台站正规测风场地的环境要求（水体边设场除外）。观测塔主塔要求设置4-5层测风，从10米到风机轮毂高度配置（目前一般到70-100米），辅助塔可以设10、20、40米高度三层。需要时还可设若干10米测风杆以辅助测量。,测风仪,测风仪吊杆应从盛行风向偏移90度12个月后应对测风仪重新校准,温度和气压测量,传感器的安装应在测风塔10m高度以内,三、风电场风资源评估 风电场风能资源评估方法 GB/T18710-2002,测风数据要求气象站长期测风数据 30年逐年、月
13、平均风速 累年平均气温、气压 极端记录气象站同期逐小时风速风向数据测风数据处理数据验证 完整性 合理性 不合理数据和缺测数据的处理 有效数据完整率-90%数据订正 订正到反映长期平均水平的代表年数据处理 数据验证订正及计算风资源参数,风电场测风数据的整理 气象台站测风数据与风电场测风数据的比较,风电场测风数据需要与邻近气象台测风数据进行比较，以便获得长年代风电场风资源的多年平均状况（代表年订正）。相邻气象台站应选取尽可能接近、地形及天气气候背景条件相似的台站，以平坦地形地区较好，有条件可选多个气象台站更好(多元回归)。订正的长年状况方法可按“风电场风能资源评估方法”标准的附录A进行。,测风数据
14、的验证,完整性检验：数量，数据数量应等于预期记录的数据数量；时间顺序，数据的时间顺序应符合预期的开始、结束时间，中间应连续。合理性检验：包括记录值的合理范围、相邻高度记录值的合理相关性及记录值的合理变化趋势等。,测风数据的处理,要求列出所有的合理数据和缺测数据及其发生时间；对不合理数据进一步判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原数据组；将备分或可供参考的传感器同期记录数据，经分析处理，替换已确认为无效的数据或填补缺测的数据。,数据分析内容平均风速和风功率密度风速和风能频率风向频率和风能密度方向分布风切变指数湍流强度参考判据 风况 风功率密度 方向分布 日和年变化 湍流强度50年一遇最(极)大
15、风速 低温 积冰 雷暴 盐雾 沙尘等,长期评估（代表年订正）,测量-相关-预测（MCP）参考数据时间长度：30年具有代表性，受可靠性和连贯性的限制，10年的时间段通常被认为是长期具有代表性的和可靠性的较好选择。,测风数据长年订正条件和方法,条件 同期测风结果相关性好 30年以上规范的测风记录 地形相似 距风场较近订正方法 按十六个方位作风速相关,进行差值订正 可选邻近多个气象站作多元相关注意防止非自然因素的风速记录下滑进行的错误订正,气象台站测风数据与风电场测风数据的比较 风电场测风数据需要与邻近气象台测风数据进行比较，以便获得长年代风电场风资源的多年平均状况。相邻气象台站应选取尽可能接近、地
16、形及天气气候背景条件相似的台站，以平坦地形地区较好，有条件可选多个气象台站更好。,将风场短期测风数据订正为代表年风况数据的方法,1）作风场测站与对应年份的长期测站各风向象限的风速相关曲线。某一风向象限内风速相关曲线的具体做法是：建一直角坐标系，横坐标轴为长期测站风速，纵坐标轴为风场测站的风速。取风场测站在该象限内的某一风速值（某一风速值在一个风向象限内一般有许多个，分别出现在不同时刻）为纵坐标，找出长期测站各对应时刻的风速值（这些风速值不一定相同，风向也不一定与风场测站相对应），求其平均值作为横坐标即可定出相关曲线的一个点。对风场测站在该象限内的其余每一个风速重复上述过程，就可作出这一象限内的
17、风速相关曲线。对其余各象限重复上述过程，可获得16个风场测站与长期测站的风速相关曲线。,2）对每个风速相关曲线，在横坐标轴上标明长期测站多年的年平均风速，以及与风场测站观测同期的长期测站的年平均风速，然后在纵坐标轴上找到对应的风场测站的两个风速值，并求出这两个风速值的代数差值（共有16个代数差值）。3）风场测站数据的各个风向象限内的每个风速都加上对应的风速代数差值，即可获得订正后的风场测站风速风向资料。,关于风切变指数,测风塔的风梯度观测 测风层次的设定 10米标准高度风机轮榖高度幂指数的计算 最小二乘方拟合层次 层数过少，小的观测误差会造成大的计算误差，因此，层数不少于4-5层 样本足够大,幂指数的计算,风切变幂律公式：式中：为风切变指数；U1为Z1高度的风速，单位m/s；U为Z高度的风速，单位m/s。,风电场风况与风机类别选择 IEC614001 抗风能力与风机叶片长度有关,长度越长抗风能力越差;发电量与叶片长度有关,叶片越长发电量越大,谢谢!,
