第二章(3)风能资源评估方法

第二章（3）风能资源第二章（3）风能资源评估方法评估方法•风能资源评估是风力发电场建设成败的关键所在所风力发电场（Ch2.3）主要内容主要内容指标•主要评估指标•应收集的数据应收集的数据•测风数据的处理•风能资源评估的参考判据风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标•平均风速•风功率密度风功率密度•主要风向分布•年风能可利用时间风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标•平均风速昀能反映当地风能资源情况的重要参数–昀能反映当地风能资源情况的重要参数–分为月平均风速和年平均风速–年平均风速越高，风资源越好风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标功率密度•风功率密度–风能：是空气运动的动能，每秒钟在面积A上风能：是空气运动的动能，每秒钟在面积A上从以速度v自由流动的气流中所获得的能量，即获得的功率W即获得的功率W，3221)2(AvvAvWρρ==–风功率密度是气流垂直通过单位面积（风轮面积的能积）的风能，321vwρ=风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标•风功率密度与风速和空气密度有关风速的影响•风速的影响•空气密度的影响空气密度的影响–空气密度低将会导致低的风功率密度–同一地区的空气密度也是随时间变化的风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标主要向分布•主要风向分布–风向及其变化范围决定风力发电机组在风电场中的确切排列方式–风力发电机组的排列方式很大程度地决定各台风力发风力发电机组的排列方式很大程度地决定各台风力发电机组的出力，从而决定风电场的发电效率主要盛行风向及其变化范围要精确–主要盛行风向及其变化范围要精确–风向的统计分析也要依据多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行风设备的实际测量数据进行风力发电场（Ch2.3）主要评估指标主要评估指标年能利时•年风能可利用时间–年风能可利用时间是指一年中风力发电机组在年风能可利用时间是指年中风力发电机组在有效风速范围（一般取3-25m/s）内的运行时间间–一般年风能可利用小时数大于2000h的地区为风能可利用区风力发电场（Ch2.3）主要内容主要内容指标•主要评估指标•应收集的数据应收集的数据•测风数据的处理•风能资源评估的参考判据风力发电场（Ch2.3）应收集的数据应收集的数据•风电场附近气象站、海洋站等长期测站的观测数据–昀好是30年以上资料–有代表性的连续30年的逐年平均风速和各月平均风速有代表性的连续年的逐年平均风速和各月平均风速–与风场测站同期的逐小时风速和风向数据累年平均气温和气压数据–累年平均气温和气压数据–建站以来记录到的昀大风速、极大风速及其发生的时间向极端气每年雷暴数冰数间和风向、极端气温、每年出现雷暴日数、积冰日数、冻土深度、积雪深度和侵蚀条件（沙尘、盐雾）等风力发电场（Ch2.3）应收集的数据应收集的数据力发电数•风力发电场现场测风数据–应连续进行，至少一年以上应连续进行，至少年以上–包括风速、风向的统计值和温度、气压、极大速其向等风速及其风向等风力发电场（Ch2.3）主要内容主要内容指标•主要评估指标•应收集的数据应收集的数据•测风数据的处理•风能资源评估的参考判据风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理•测风数据处理包括对数据的验证、订正，并计算评估风能资源所需要的参数并计算评估风能资源所需要的参数风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理数据验•数据验证–目的•检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行判断，检验出不合理的数据和缺测的数据，经过处理，整理出至少连续一年完整的风场逐小时测风数据完整的风场逐小时测风数据–完整性检验数量数据数量应等于预期记录的数据数量•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，中间应连续间应连续风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理合理性检验•合理性检验–范围检验，主要参数的合理范围参考值相关性检验主要参数的合相关性参考值–相关性检验，主要参数的合理相关性参考值–趋势检验，主要参数的合理变化趋势参考值风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理不合数据和缺测数据的处•不合理数据和缺测数据的处理–列出所有不合理数据和缺测数据及其发生时间–对不合理数据再次进行判断，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组效数据，回归原始数据组–将备用的或可供参考的传感器同期记录数据，经过分析处理替换已确认为无效的数据或填补缺测的数据析处理，替换已确认为无效的数据或填补缺测的数据风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理计算测有效数据的完整率•计算测风有效数据的完整率–有效数据完整率达到90%–有效数据完整率计算公式•应测数目—测量期间小时数；•缺测数目—没有记录到的小时平均值数目；无效数据数目确认为不合理的小时平均值数目•无效数据数目—确认为不合理的小时平均值数目。风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理数据验结果•数据验证结果–经过各种检验，剔除掉无效数据，替换上有效数据，整理出至少连续年的场实测小时速向数据并注这套数据的有连续一年的风场实测逐小时风速风向数据，并注明这套数据的有效数据完整率编写数据验证报告对确认为无效数据的原因应注明替换的数–编写数据验证报告，对确认为无效数据的原因应注明，替换的数值应注明来源–数据还应包括实测的逐小时平均气温（可选）和逐小时平均气压–数据还应包括实测的逐小时平均气温（可选）和逐小时平均气压（可选）风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理数据订正•数据订正–目的•根据风场附近长期测站的观测数据，将验证后的风场测风数据订正为一套反映风场长期平均水平的代表性数据–订正条件（当地长期测站）•同期测风结果的相关性较好•具备30年以上规范的测风记录•与风场具有相似的地形条件距离风场比较近•距离风场比较近风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理方法•订正方法–将风场某一高度风速与长年代气象台（站）的风速进行相关分析，得到两个观测点的风速相关曲线–根据这条风速相关曲线和长期测站的长年平均风速，根据这条风速相关曲线和长期测站的长年平均风速，得到风场测站的长年平均风速，求出两个长年平均风速的代数差值速的代数差值–风场数据的每个风速都加上对应方位的风速代数差值，即得到订正后的风场风速资料即得到订正后的风场风速资料风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理数•数据处理–目的：将订正后的数据处理成评估风场风能资目的：将订正后的数据处理成评估风场风能资源所需要的各种参数风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理•平均风速和风功率密度风速和风功率密度的月平均值年平均值–风速和风功率密度的月平均值、年平均值–各月同一钟点（每日0点至23点）平均值、全年同一钟点平均值风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理•风速和风能频率分布–以1m/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和以为个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出现的频率–每个风速区间的数字代表中间值如5m/s风速区间为–每个风速区间的数字代表中间值，如5m/s风速区间为4.6m/s到5.5m/s风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理风向频率及风能密度方向分布•风向频率及风能密度方向分布–计算出在代表16个方位的扇区内风向出现的频率和风能密度方向分布分布–风能密度方向分布为全年各扇区的风能密度与全方位总风能密度的百分比的百分比–出现频率昀高的风向可能由于风速小，不一定是风能密度昀大的方向风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理风切变指数•风切变指数–推荐用幂定律拟合，风切变幂律公式和风切变指数的计算方法–如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数取α1/7(0.143)作为近似值–估算风力发电机组发电量时需要推算出轮毂高度处的估算风力发电机组发电量时需要推算出轮毂高度处的风况风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理湍流强度•湍流强度–风能资源评估中采用的湍流指标是水平风速的标准偏差，再根据相同时段的平均风速计算出的湍流强度段的平均风速计算出的湍流强度–逐小时湍流强度是以1h内昀大的10min湍流强度作为该小时的代表值风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理•编制风况图–风况参数绘制成图形风况参数绘制成图形–主要分为年风况和月风况两大类年风况•年风况–全年的风速和风功率日变化曲线图–风速和风功率的年变化曲线图–全年的风速和风能频率分布直方图全年的风速和风能频率分布直方图–全年的风向和风能玫瑰图风力发电场（Ch2.3）测风数据的处理测风数据的处理•月风况–各月的风速和风功率日变化曲线图–各月的风向和风能玫瑰图•相关长期测站风况–与风场测风塔同期的风速年变化直方图–连续20~30年的风速年际变化直方图•绘制的风况图，便于和当地的地形条件、电力负荷曲线等比较，判断是否有利于风力发电机组的排列、风电场输出电力的变化是否接近负荷需求变化等风力发电场（Ch2.3）主要内容主要内容指标•主要评估指标•应收集的数据应收集的数据•测风数据的处理•风能资源评估的参考判据风力发电场（Ch2.3）风能资源评估的参考判据风能资源评估的参考判据•根据前面数据处理形成的各种参数，对风场风能资源进行评估，以判断风力发电场是否具有开发资源行评估以判断风力发场否具有开发价值风功率密度•风功率密度–风功率密度蕴含风速、风速分布和空气密度的影响，是风场风能资源的综合指标风力发电场（Ch2.3）风能资源评估的参考判据风能资源评估的参考判据风力发电场（Ch2.3）风能资源评估的参考判据风能资源评估的参考判据•风向频率及风能密度方向分布–风电场内机组位置的排列取决于风能密度方向分布和风电场内机组位置的排列取决于风能密度方向分布和地形的影响–在风能玫瑰图上昀好有一个明显的主导风向或两个–在风能玫瑰图上昀好有个明显的主导风向，或两个方向接近相反的主风向在山区主风向与山脊走向垂直为昀好–在山区主风向与山脊走向垂直为昀好风力发电场（Ch2.3）风能资源评估的参考判据风能资源评估的参考判据•风速的日变化和年变化–与同期的电网日负荷曲线和电网年负荷曲线对比，两与同期的电网日负荷曲线和电网年负荷曲线对比，两者相一致或接近的部分越多越好•湍流强度•湍流强度–0.10或以下表示湍流相对较小，0.10~0.25表示中等程度湍流，大于0.25表明湍流过大风力发电场（Ch2.3）风能资源评估的参考判据风能资源评估的参考判据•其他气象因素特殊的天气条件要对风力发电机组提出特殊的–特殊的天气条件要对风力发电机组提出特殊的要求，会增加成本和运行的困难•昀大风速超过40m/s或极大风速超过60m/s•气温低于零下20摄氏度气低零•积雪、积冰、雷暴、盐雾或沙尘多发等情况风力发电场（Ch2.3）