重點講解風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法

風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法(GB/T18710-2002)1范圍本標準規(guī)定了評估風(fēng)能資源應(yīng)收集的氣象數(shù)據(jù)、測風(fēng)數(shù)據(jù)的處理及主要參數(shù)的計算方法、風(fēng)功率密度的分級、評估風(fēng)能資源的參考判據(jù)、風(fēng)能資源評估報告的內(nèi)容和格式本標準適用于風(fēng)電場風(fēng)能資源評估。2引用標準下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應(yīng)探討使用下列標準最新版本的可能性。GB/T18709-2002風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法3定義本標準采用下列定義。風(fēng)場windsite擬進行風(fēng)能資源開發(fā)利用的場地、區(qū)域或范圍。風(fēng)電場windfarm由一批風(fēng)力發(fā)電機組或風(fēng)力發(fā)電機組群組成的電站。風(fēng)功率密度windpowerdensity與風(fēng)向垂直的單位面積中風(fēng)所具有的功率。風(fēng)能密度windenergydensity在設(shè)定時段與風(fēng)向垂直的單位面積中風(fēng)所具有的能量。風(fēng)速windspeed空間特定點的風(fēng)速為該點周圍氣體微團的移動速度。平均風(fēng)速averagewindspeed給定時間內(nèi)瞬時風(fēng)速的平均值，給定時間從幾秒到數(shù)年不等最大風(fēng)速maximumwindspeed10min平均風(fēng)速的最大值。極大風(fēng)速extremewindspeed瞬時風(fēng)速的最大值。風(fēng)速分布windspeeddistribution用于描述連續(xù)時限內(nèi)風(fēng)速概率分布的分布函數(shù)。威布爾分布Weibulldistribution經(jīng)常用于風(fēng)速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于兩個參數(shù)，控制分布寬度的形狀參數(shù)和控制平均風(fēng)速分布的尺度參數(shù)。瑞利分布Rayleighdistribution經(jīng)常用于風(fēng)速的概率分布函數(shù).分布函數(shù)取決于一個調(diào)節(jié)參數(shù)，即控制平均風(fēng)速分布的尺度參數(shù)。注:瑞利分布是形狀參數(shù)等于2的威布爾分布。日變化diurnalvariation以日為基數(shù)發(fā)生的變化。月或年的風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）日變化是求出一個月或一年內(nèi)。每日同一鐘點風(fēng)速的月平均值或年平均值，得到。點到23點的風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）變化。年變化annualvariation以年為基數(shù)發(fā)生的變化。風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）年變化是從1月到12月的月平均風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）變化。年際變化interannualvariation以30年為基數(shù)發(fā)生的變化。風(fēng)速年際變化是從第1年到第30年的年平均風(fēng)速變化。風(fēng)切變windshear風(fēng)速在垂直于風(fēng)向平面內(nèi)的變化。風(fēng)切變冪律powerlawforwindshear表示風(fēng)速隨離地面高度以冪定律關(guān)系變化的數(shù)學(xué)式。3.17風(fēng)切變指數(shù)windshearexponent通常用于描述風(fēng)速剖面線形狀的冪定律指數(shù)。湍流強度turbulenceintensity風(fēng)速的標準偏差與平均風(fēng)速的比率。用同一組測量數(shù)據(jù)和規(guī)定的周期進行計算。輪毅高度hubheight從地面到風(fēng)輪掃掠面中心的高度。4測風(fēng)數(shù)據(jù)要求4.1風(fēng)場附近氣象站、海洋站等長期測站的測風(fēng)數(shù)據(jù)4.1.1在收集長期測站的測風(fēng)數(shù)據(jù)時應(yīng)對站址現(xiàn)狀和過去的變化情況進行考察，包括觀測記錄數(shù)據(jù)的測風(fēng)儀型號、安裝高度和周圍障礙物情況（如樹木和建筑物的高度，與測風(fēng)桿的距離等），以及建站以來站址、測風(fēng)儀器及其安裝位T.周圍環(huán)境變動的時間和情況等。注：氣象部門和海洋站保存有規(guī)范的測風(fēng)記錄標準觀測高度距離地面10m。1970年以后主要采用EL自記風(fēng)速儀，以正點前10mm測量的風(fēng)速平均值代表這一個小時的平均風(fēng)速。年平均風(fēng)速是全年逐小時風(fēng)速的平均值。4.1.2應(yīng)收集長期測站以下數(shù)據(jù)：a） 有代表性的連續(xù)30年的逐年平均風(fēng)速和各月平均風(fēng)速。注：應(yīng)分析由于氣象站的各種變化對風(fēng)速記錄數(shù)據(jù)的影響。b） 與風(fēng)場測站同期的逐小時風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。c） 累年平均氣溫和氣壓數(shù)據(jù)。d）建站以來記錄到的最大風(fēng)速、極大風(fēng)速及其發(fā)生的時間和風(fēng)向、極端氣溫、每年出現(xiàn)雷暴日數(shù)、積冰日數(shù)、凍土深度、積雪深度和侵蝕條件（沙塵、鹽霧）等。注：本標準中逐小時風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和氣壓數(shù)據(jù)分別是每個小時的平均風(fēng)速、出現(xiàn)頻率最大的風(fēng)向平均溫度和平均氣壓。4.2風(fēng)場測風(fēng)數(shù)據(jù)應(yīng)按照GB/T18709的規(guī)定進行側(cè)風(fēng)，獲取風(fēng)場的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓和標準偏差的實測時間序列數(shù)據(jù)，極大風(fēng)速及其風(fēng)向。5測風(fēng)數(shù)據(jù)處理5.1總則測風(fēng)數(shù)據(jù)處理包括對數(shù)據(jù)的驗證、訂正，并計算評估風(fēng)能資源所需要的參數(shù)。5.2數(shù)據(jù)驗證5.2.1目的數(shù)據(jù)驗證是檢查風(fēng)場測風(fēng)獲得的原始數(shù)據(jù)，對其完整性和合理性進行判斷，檢驗出不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，整理出至少連續(xù)一年完整的風(fēng)場逐小時測風(fēng)數(shù)據(jù)。5.2.2數(shù)據(jù)檢驗5.2.2.1完整性檢驗a） 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。b） 時間順序：數(shù)據(jù)的時間順序應(yīng)符合預(yù)期的開始、結(jié)束時間，中間應(yīng)連續(xù)。5.2.2.2合理性檢驗a） 范圍檢驗，主要參數(shù)的合理范圍參考值見表1。b） 相關(guān)性檢驗，主要參數(shù)的合理相關(guān)性參考值見表2。c） 趨勢檢驗，主要參數(shù)的合理變化趨勢參考值見表3。表1主要唇致色合理范圍募等值合堪思用平均風(fēng)零虞小時平均值《叫mW傳小時平均值―商平均T茨（■意平面s&4kPi<^fl^T均值kPa表？主要參數(shù)的合理相關(guān)性費獨冬弄衲關(guān)榨5nrp^fl皿商由小時平冷鳳諺券訪V土<1啊/早弱m，l0M商度小時平商風(fēng)語紫01洲nvWm商理SUR推值<22.5["主喂暮數(shù)啊合理空化&甥券與伯主肆瓶]~ ,「一 樣用煲化理房]L甲崢誡招弛比*3mAit<5C3金平均氣侄蜜光<LkF*ii.昌址/靛果件改說業(yè)化很大,三個寰中所獨#數(shù)倦圖伊險嚓射#壽-在羸也|域41施圍g打豈相刑當她說脫1?點斌H竹析劌原“5.2.3不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理5.2.3.1檢驗后列出所有不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)及其發(fā)生的時間。5.2.3.2對不合理數(shù)據(jù)再次進行判別，挑出符合實際情況的有效數(shù)據(jù)?；貧w原始數(shù)據(jù)組。5.2.3.3將備用的或可供參考的傳感器同期記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理，替換已確認為無效的數(shù)據(jù)或填補缺測的數(shù)據(jù)。5.2.4計算測風(fēng)有效數(shù)據(jù)的完整率，有效數(shù)據(jù)完整率應(yīng)達到90%。有效數(shù)據(jù)完整率按式（1）計算：礎(chǔ)螂刑率「迪目-處臂［無忡據(jù)福X咿『5（W■l4PiJ怒w式中土應(yīng)潮敢日——劇坑期間小時缺、柢斡數(shù)目沒有記泉到的小時平均匝散目#.無效塑脂岐日敬樁合怦的心時平均值牧目.5.2.5驗證結(jié)果經(jīng)過各種檢驗，剔除掉無效數(shù)據(jù)，替換上有效數(shù)據(jù)，整理出至少連續(xù)一年的風(fēng)場實測逐小時風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，并注明這套數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)完整率。編寫數(shù)據(jù)驗證報告，對確認為無效數(shù)據(jù)的原因應(yīng)注明，替換的數(shù)值應(yīng)注明來源此外，宜包括實測的逐小時平均氣溫（可選）和逐小時平均氣壓（可選）。5.3數(shù)據(jù)訂正5.3.1目的數(shù)據(jù)訂正是根據(jù)風(fēng)場附近長期測站的觀測數(shù)據(jù)，將驗證后的風(fēng)場測風(fēng)數(shù)據(jù)訂正為一套反映風(fēng)場長期平均水平的代表性數(shù)據(jù)，即風(fēng)場測風(fēng)高度上代表年的逐小時風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)。5.3.2當?shù)亻L期測站宜具備以下條件才可將風(fēng)場短期數(shù)據(jù)訂正為長期數(shù)據(jù)：a） 同期測風(fēng)結(jié)果的相關(guān)性較好；b） 具有30年以上規(guī)范的測風(fēng)記錄；c） 與風(fēng)場具有相似的地形條件；d） 距離風(fēng)場比較近。5.3.3應(yīng)收集的長期測站有關(guān)數(shù)據(jù)見4.1.2。5.3.4數(shù)據(jù)訂正的方法見附錄A。5.4數(shù)據(jù)處理5.4.1目的將訂正后的數(shù)據(jù)處理成評估風(fēng)場風(fēng)能資源所需要的各種參數(shù)，包括不同時段的平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度、風(fēng)速頻率分布和風(fēng)能頻率分布、風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布、風(fēng)切變指數(shù)和湍流強度等。5.4.2平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度月平均、年平均；各月同一鐘點（每日0點~23點）平均、全年同一鐘點平均。風(fēng)功率密度的計算方法見附錄B1。5.4.3風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布以1m/s為一個風(fēng)速區(qū)間，統(tǒng)計每個風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)速和風(fēng)能出現(xiàn)的頻率。每個風(fēng)速區(qū)間的數(shù)字代表中間值，如5m/s風(fēng)速區(qū)間為4.6m/s-5?5m/s。5.4.4風(fēng)向頻率及風(fēng)能密度方向分布計算出在代表16個方位的扇區(qū)內(nèi)風(fēng)向出現(xiàn)的頻率和風(fēng)能密度方向分布。風(fēng)能密度方向分布為全年各扇區(qū)的風(fēng)能密度與全方位總風(fēng)能密度的百分比風(fēng)能密度的計算方法見附錄B2。注：出現(xiàn)頻率最高的風(fēng)向可能由于風(fēng)速小，不一定是風(fēng)能密度最大的方向。5.4.5風(fēng)切變指數(shù)推薦用冪定律擬合，風(fēng)切變冪律公式和風(fēng)切變指數(shù)的計算方法見附錄B3。如果沒有不同高度的實測風(fēng)速數(shù)據(jù)，風(fēng)切變指數(shù)a取注：近地層任意高度的風(fēng)速，可以根據(jù)風(fēng)切變指數(shù)和儀器安裝高度測得的風(fēng)速推算出來。估算風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電量時需要推算出輪毅高度處的風(fēng)況。5.46湍流強度風(fēng)能資源評估中采用的湍流指標是水平風(fēng)速的標準偏差，再根據(jù)相同時段的平均風(fēng)速計算出湍流強度（I）。5.4.6.1湍流強度的計算方法見附錄B中的B4。5.4.6.2逐小時湍流強度逐小時湍流強度是以1h內(nèi)最大的10min湍流強度作為該小時的代表值。5.4.7訂正后的風(fēng)況數(shù)據(jù)報告格式（示例）見附錄C。6風(fēng)能資源評估的參考判據(jù)6.1編制風(fēng)況圖表將5.4條中處理好的各種風(fēng)況參數(shù)繪制成圖形。主要分為年風(fēng)況和月風(fēng)況兩大類。風(fēng)況圖格式（示例）見附錄Do6.1.1年風(fēng)況a） 全年的風(fēng)速和風(fēng)功率日變化曲線圖；b） 風(fēng)速和風(fēng)功率的年變化曲線圖；c） 全年的風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布直方圖；d） 全年的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖。6.1.2月風(fēng)況a） 各月的風(fēng)速和風(fēng)功率日變化曲線圖；b） 各月的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖。6.1.3相關(guān)長期測站風(fēng)況a） 與風(fēng)場測風(fēng)塔同期的風(fēng)速年變化直方圖；b） 連續(xù)2。年一30年的風(fēng)速年際變化直方圖。注：將各種風(fēng)況參數(shù)繪制成圖形能夠更直觀地看出風(fēng)場的風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)能的變化，便于和當?shù)氐牡匦螚l件、電力負荷曲線等比較，判斷是否有利于風(fēng)力發(fā)電機組的排列、風(fēng)電場輸出電力的變化是否接近負荷需求的變化等。風(fēng)功率密度蘊含風(fēng)速、風(fēng)速分布和空氣密度的影響，是風(fēng)場風(fēng)能資源的綜合指標，風(fēng)功率密度等級見表4。應(yīng)注意表4中風(fēng)速參考值依據(jù)的標準條件(見表4的注1、注2)與風(fēng)場實際條件的差別。表4嫩功率密度萼級表四功中等受IBni高度Mm商坡SOffl高度應(yīng)用于共網(wǎng)風(fēng)力段電詢度RW知H年平均風(fēng)速拿考佰Um」密度河尊年平均反魘富君值?(m■!)RjJbT密度Z(W/m!>年平均機攜喜老匣Te.s)\<]Ofi44<16<15-1<2^□-SZ1叫?拓口5.1】折■趴口5tP洲?料6.4315(^2005-6氏5抑T的7.0/好—42的-西06,03加F007,04做、5叩F.>5瀕WQ$.4網(wǎng)7羽7-45?j^00舄(：7.0獺?540K260(—SOO艮871皿~]000土1fiiO—1和61L。瀕?20<H>1L$注!木同高戡的年軍均域世卷號值是按虬切業(yè)措敷為1〃推鼻斜L2勺同助審宿度」.限值婦岐的"吧均昆it帝考值，責海平的轍在K氣匝及映強甄率循臺■利分市的洲責推#6.2.2風(fēng)向頻率及風(fēng)能密度方向分布風(fēng)電場內(nèi)機組位置的排列取決于風(fēng)能密度方向分布和地形的影響。在風(fēng)能玫瑰圖上最好有一個明顯的主導(dǎo)風(fēng)向，或兩個方向接近相反的主風(fēng)向。在山區(qū)主風(fēng)向與山脊走向垂直為最好。用各月的風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）日變化曲線圖和全年的風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）日變化曲線圖，與同期的電網(wǎng)日負荷曲線對比；風(fēng)速（或風(fēng)功率密度）年變化曲線圖，與同期的電網(wǎng)年負荷曲線對比，兩者