风能资源及测风数据整理技巧

风能资源及测风数据整理技巧

林志远

(广东省风力发电有限公司,广东广州510600)

摘　要:风电场区域范围内的风能资源蕴藏状况,是开发风力发电项目最基础的组成因素,能否充分地掌握其完整而可靠的资料,将是工程顺利的保证,项目成功和避免投资风险的关键所在。然而,预选风电场的风能资料,必须经历布点测风、数据(包含场外相关资料)收集、分析整理和汇总过程。如果某个环节出现缺陷和差错,资料的可靠性即将降低,项目的风险就大大增高,这是人们不愿意看到的结果,为此,从定义、要求、不利因素及技巧方面进行讨论,期望从根本上提高风力发电项目的可靠性和项目效益。

关键词:风能;数据;风速;风向;频率;密度;指数;技巧

中图分类号:TM614　　　　文献标识码:B

Data collating skill for wind energy resources and wind measurement

L IN Zhi2yua n

(Gua ngdong Wind Power Ge neration Co.,L t d.,Gua ngzhou510600,China)

Abstract:The reserve of wind e nergy resources wit hin a wind p ower field is esse ntial in t he develop me nt of a wind p ower ge neration p roject.The integrality a nd reliability of its data are critical t o t he success of t he p roject a nd t he avoida nce of in2 vest me nt risks.However,t he wind e nergy data of a p reconcerted wind p ower field necessarily involves stationing a nd wind measure me nt,data(including releva nt data outside t he field)acquisition,a nalysis,collation a nd collection.Def ects a nd errors in a ny link may result in lower data reliability a nd greatly augme nted risks.In t his p aper,a discussion is made in ter ms of t he definition,require me nts,disadva ntages a nd skills wit h a view t o imp roving radically t he reliability a nd yields of wind p ower ge neration p roject.

K ey w ords:wind e nergy;data;wind velocity;wind direction;f reque ncy;de nsity;index;skill

1　风力发电

111　风力发电的概念和特点

所谓风力发电,就是把风能转化成电能。在目前技术情况下,风能既不可以储存又不能控制。风力发电过程完全跟随天然的自然来风,它远远超过水力发电对河流水文状况的依赖关系。

风力发电,不仅要考虑逐年逐月逐日的来风大小,还要考虑来风的方向及该方位的风能概率分布。风机的行和列的布置,要尽可能使得各台风机能够接受到最大、最多的风能,这是风力发电又一个特点。所以,风电场微观选址之前就必须掌握风能资源的详细资料。

收稿日期:2003203210112　科学、合理选择和设计风场

风力发电工程投产后的发电量,将取决于自然来风和合理设计。风能资源丰富而布局合理的风电场,理所当然多发电。反之,如果资源情况不清或者掌握有差错,必然降低工程效益。通常,一个预选风电场的开发,在工程之初就着手收集和掌握充分可靠的风能资源情况,保证项目有充分的科学依据,使项目达到预想的结果,但是,由于各种原因要做到这一点并非易事,原因一方面是工程的前期筹划不够周详,完整可靠地收集资料的工作没有得到落实;另一方面是在分析整理和鉴别所收集资料过程中,也可能出现不够合理甚至有严重偏差的结论,产生的结果是基础资料不够真实和可靠,给项目带来巨大的经营风险。

　第16卷第5期广东电力V ol116N o15　　2003年10月GUANG DONG E LECTRIC POWER Oct12003　

总之,风能资源决定发电量,发电量决定项目效益,效益决定项目的风险和成败,要防患未然,需从根本做起。

2　定义

这里所指的定义是描述风能资源状况的主要参数及内容。211　风速

指月平均风速、年平均风速、最大风速(10mi n 平均风速)、极大风速(瞬间最大风速)等等。

212　风频

又称风速频率分布,它是按相差1m/s 的间隔观察1年(1月或1天)内吹风总时数的百分比来计算的。风速频率分布一般以图形表示,见图1。图中表示出两种不同的风速频率曲线,曲线1

变化陡峭,最大频率出现于低风速范围内,曲线2变化平缓,最大频率向风速较高的范围偏移,表明较高风速出现的频率增大。从风能利用的观点看,曲线2所代表的风况比曲线1所表明的要好。利用风速频率分布可以计算某一地区单位面积(1m 2)上全年的风能。

图1　风速频率分布

213　风切变指数

通常用于描述风速剖面线形状的幂定律指数。由于地面摩擦,风速沿垂直高度变化而变化,其变

化指数用α表示,一般情况下,可用此值估算出各种高度下的风速,但是,环境不同α也不同,可参见图2。214　风能

a )风能密度

垂直穿过单位截面的流动的空气所具有的动能

图2　风速沿高度变化

(单位:W/m 2),如式(1)。

W =

12

ρv 31(1)

式中:ρ———空气密度(kg/m 3);

v ———风速(m/s )。b )平均风能密度

由于风速是变化的,风能密度的大小也是随时间变化的,一定时间周期(例如一年)内风能密度的平均值称为平均风能密度,如式(2)。

W =

1

T

∫

T

12

ρv 3

(t )d t 1(2)

c )有效风能密度

在实际的风能利用中,风力机械只是在一定的风速范围内运转,对于一定风速范围内的风能密度视为有效风能密度。中国有效风能密度所对应的风速范围是3～20m/s ,计算公式仍利用式(1)或式(2)。

215　风向

按地球东西南北方向,再细分成十六(2215°

)方位,统计各方位来风的频率,以玫瑰图表示。风

向玫瑰图,表示各方位出现风的频率,见图3;风能玫瑰图,表示各方位出现的风能频率,见图4。

216　计算测风有效数据完整率F

有效数据完整率(F )按下式计算:

F =

应测数目-缺测数目-无效数目

应测数目

.

3　基本要求

为了正确评估风电项目,在项目可行性阶段,就必须搞清楚预选风电场场址范围内的区域风能资源蕴藏状况、基本特征及其基本成因。为此,有必要完成一些项目的前期工作。

7广东电力第16卷　

图3　

风向玫瑰图

图4　风能玫瑰图

311　广泛收集与风电场范围风能资源有关资料

收集风电场附近气象台海洋站等长期测站的测

风数据,如风速、风向、温度、气压及湿度等,具体有:

a )30年的逐年逐月平均风速;

b )代表年的逐小时风速风向数据;

c )与风电场测站同期的逐小时风速风向数据;

d )累年平均气温气压数据;

e )最大风速、极端风速、极端气温及雷电等

数据。312　广泛收集风电场场址内的连续观察数据广泛收集风电场场址内1～3年的连续观测数据。观测高度宜与风力发电机组轮毂预期安装高度

相同;同时要记录10m 的观测数据,观测数据完

整率不宜少于90%。313　有关资料的分析

应对风电场场址的风能资料和气象台资料相比较并进行相关分析,整理出风速频率曲线、风向玫瑰图、风能玫瑰图、年日风速变化曲线、风能密度和有效风速小时等主要参数。

4　潜在误差

资料形成的过程中,每一个环节都可能产生误差,结果都影响到风能资源资料的可靠性和准确性。411　测风选点方案

要收集预选风电场的数据,首先是选点立塔,立塔地点是否具有足够代表性?塔的数量是否含盖整个风电场?测风高度是否达到预期安装风机轮毂高度等等。412　测风仪器及安装质量

尤其是测风仪的方向标是否正确,基准方向如果有偏差,风机的布置就不能对准风能资源的主方向,发电效益大受影响。

413　数据收集

收集不及时,发生问题未能及时改正;收集不及时,造成数据完整率低。上述种种都给资料整理带来困难和真实降低。414　整理误差数据之间不一致,甚至矛盾也在所难免。所以,资料必须认真整理,分析比较,鉴别真假。最可怕的事情是误差积累,所以,为了资料符合实际,达到应有的精度,反映风电场的真实情况,提供给工程人员使用,提供给投资者对项目正确判断,就必须在每一个环节尽量减少误差。

5　测风数据的整理技巧

511　测风过程中要对数据进行整理和统计

一台简单的测风仪,可以记录每个10mi n 风速平均值及其风向,一个月就有4320组数据。预选风电场测风周期最短为一年,一台测风仪记录下52560组数据。一个有规模的预选风电场,要设立数基测风塔,每基塔又设数层测风仪。所以,测风数据的整理是一项有规模的数据库的分析整理工作。此外,风的能量是根据相应风速风向进行演算的,要在整理过程进行统计。

1

7　第5期林志远:风能资源及测风数据整理技巧

鉴于目前还没有成熟而通用的整理软件可供使用,国内外测风仪生产厂家提供测风仪的同时提供简单的整理程序。但是,往往由于其功能、非通用和难复核而受到。如今,风电的从业者认为,预选风电场的风资源的可靠性事关重大,做出测风的结论一定要谨慎从事,最好要用不同方法进行复核。所以,除了测风仪厂家的程序外,另找程序或者从业者自编程序都有必要。采取不同软件和不同参照资料进行复核,才能避免资料的重大失误。513　应依据国家标准规范对测风数据进行整理和统计

测风数据虽然庞大,但数据整理工作基本上还是属于统计范畴的事情。只要从业者根据国家规范对风能资源内容的要求,了解测风数据的采集过程,又掌握一定的计算机知识,在个人电脑上进行数据整理是不存在问题的。这样,就可以实现不同软件和多参照资料复核,使风资源的评估更接近实际,达到降低工程风险的目的。

514　自编数据整理案例分析

使用的工具是个人电脑;程序为借助计算机的Excel功能,自编计算模块。具体操作如下:

a)将测风“记事本”数据转换为“Excel”数据。

b)利用Excel表的换位、计算、筛选、求和等统计功能,按规程规范所规定的要求,统计出风能资源参数的结果。

c)根据参数结果绘制风频、风向玫瑰图、风能玫瑰图及其他等计算成果。

d)资料订正。资料提供使用之前,参照相关条件或资料进行订正非常必要。所谓相关,比如当地气象台的长期和同期测风资料、相似地形、附近范围别的实测记录等,尤其是参照已经投产风电场的运行实际。

6　结论及对策

a)开发风力发电,风能资源是基础的基础。投产的风电项目所得到的经验和教训,充分说明了这一点。所以,设法使预选风电场建立在可靠资源的基础上,应该引起各方面的重视。

b)为保证项目达到预期目的,此项基础工作必须在项目开发的前期工作中筹划和落实。

c)资料的最终形成,不仅要做大量采集归纳的具体工作,还要做综合分析、去伪存真等订正工作。因此,手段上应该是多种;参加人员的知识和经验更为宝贵。

d)资料提供使用之前,应该先进行审定。

参考文献:

[1]陈云程,陈孝耀,朱成明,等.风力机设计与应用[M].上

海:上海科学技术出版社,1990.

[2]王承煦.风力发电实用技术[M].北京:清华大学出版社,

1999.

[3]DL/T5067—1996,风力发电场项目可行性研究报告编制规程

[S].

[4]GB/T18710—2002,风电场风能资源评估方法[S].

作者简介:林志远(1936—),男,广东湛江人,高级工程师,现任广东省风力发电有限公司总工程师、广东省电机工程学会风电专委会副主任委员、广东省水力发电工程学会风电及新能源专委会副主任委员。研究方向是电网调度、水力发电和风力发电。

行业信息

三广直流工程排定启动调试时间表

　　三峡—广东±500kV直流输电工程启动调试时间表基本排定:计划于2003年11月进行单极调试,2004年2月单极投运,2004年6月双极投入商业运行。

三峡—广东直流输电工程是三峡输变电工程的重要组成部分,工程包括962km的500kV直流输电线路和2座总容量6GW的世界最大规模换流站。工程于2001年11月开工,目前直流输电线路和换流站工程施工安装已基本完成,工程收尾消缺及设备调试工作正紧张进行。

(本刊编辑部整理)

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