微觀選址中風資源分析及發(fā)電量計算方法

NB/TXXXXX—XXXX尾流模型選擇計算發(fā)電量時應考慮附近風力發(fā)電機組以及周邊風電場帶來的風能衰減影響，影響程度應使用恰當?shù)奈擦髂Ｐ瓦M行評估。尾流模型的選擇應考慮風電場規(guī)模的大小、地形條件和大氣穩(wěn)定度等因素。單機（疊加）尾流模型通常僅適合小型風電場，對于平坦地形的大規(guī)模風電場應使用適合大型風電場的尾流模型。計算尾流影響應包含風力發(fā)電機組20倍葉輪范圍內(nèi)的所有機組以及風電場，對于大型平坦地形的風電場宜將范圍擴大至50倍葉輪間距（以風場中所有機組型號最大葉輪直徑為準）。計算尾流影響時應選擇對應風力發(fā)電機組的推力系數(shù)。機位點風特性參數(shù)分析年平均風速應計算測風塔處的年平均風速Vave，該參數(shù)單位為m/s，該參數(shù)應為經(jīng)過長期數(shù)據(jù)訂正的風速數(shù)據(jù)，當測風高度與輪轂高度不一致應根據(jù)測風塔擬合風切變將其外推至輪轂高度處。各風機輪轂中心高度的年平均風速應根據(jù)測風塔輪轂高度處的結(jié)果經(jīng)過流體模型外推至各機位點處，并考慮周邊風機和風場的尾流效應（尾流衰減后的風速）。應計算各機位點的尾流前后風速及風頻分布參數(shù)。風速分布應計算風機輪轂高度處風速的概率密度（Weibull）分布的尺度參數(shù)A和形狀參數(shù)k，Weibull分布尺度參數(shù)A的單位為m/s，Weibull分布形狀參數(shù)k為無量綱參數(shù)。該參數(shù)應為經(jīng)過長期數(shù)據(jù)訂正后的風速分布所得。不符合威布爾分布的數(shù)據(jù)應給出機位點的實際風頻分布，風速區(qū)間間隔不宜低于0.5m/s。湍流強度湍流強度一般指縱向湍流強度，湍流強度的計算應參考《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》中相應的規(guī)定，對機位點處的平均湍流強度和代表（特征）湍流強度等統(tǒng)計量、環(huán)境湍流強度和附加湍流強度等物理量進行計算分析。風機處的湍流強度應為測風塔處的湍流強度經(jīng)過流體模型或經(jīng)過驗證其他模型外推至機位點處的結(jié)果。湍流計算結(jié)果至少包含0.2~0.4倍的參考風速Vref以及機組0.6~1.6倍的額定風速Vr段范圍。復雜地形下的湍流強度應考慮地形對湍流結(jié)構(gòu)的影響，并對各機位處的湍流三向比例或縱向湍流強度值進行修正。用于場址極限和疲勞適應性分析的湍流強度，全扇區(qū)湍流強度的合成，應考慮風電機組各部件材料對湍流造成的疲勞強度進行有效湍流強度的計算，方法應參考GB《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》應根據(jù)IEC61400-1：2019的方法考慮地形對湍流結(jié)構(gòu)的影響并對各機位處的湍流強度進行修正。應根據(jù)IEC61400-1：2019的方法進行各扇區(qū)湍流強度的合成，需給出材料SN曲線m從1到12的結(jié)果。風切變應計算測風塔處垂直方向上整體風切變指數(shù)α（指數(shù)法則），該參數(shù)通過扇區(qū)能量加權(quán)得到，計算方法參考《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》，風切變受扇區(qū)影響，宜給出不同扇區(qū)或不同月份的風切變變化情況。復雜地形下若測風塔處風切變代表性差，機位點處的風切變可通過流體模型進行仿真。極限風速應分別計算各機位點的極限風速（50年一遇和一年一遇），極限風速的最大值（10min）和極大值（3s）的計算應滿足《GB/T18710-2002_風電場風能資源評估方法》和《NB/T31147-2018風電場工程風能資源測量與評估技術(shù)規(guī)范》的要求。應計算年極限風速最大值的變異系數(shù)（COV），并根據(jù)《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》對極限風速進行修正。當測風塔測風高度與輪轂高度不一致，應將測風塔處的極限風速根據(jù)大風切變外推至輪轂高度處。機位點處輪轂高度處的極限風速應根據(jù)測風塔處輪轂高度結(jié)果通過流體模型外推至風機位置處輪轂高度。在存在雷暴，熱帶氣旋，嚴重下坡風事件或其他極端天氣的環(huán)境下，應謹慎使用短期的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)。受熱帶氣旋影響地區(qū)的極限風速可參考《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》附錄J使用蒙特卡洛法進行熱帶氣旋的預測，最終得到混合氣候條件下的極限風速。入流角應計算風電機組輪轂中心高度處平均入流角θ_mean，該參數(shù)單位為度（°），平均入流角應通過計算各扇區(qū)的入流角并根據(jù)各扇區(qū)風能占比進行加權(quán)得到，計算方法參考《IEC61400-1:2019風力發(fā)電機組設計標準》，入流角受扇區(qū)影響，宜給出不同扇區(qū)的入流角變化情況。若現(xiàn)場無實測數(shù)據(jù)時，應根據(jù)地形傾角或數(shù)值仿真軟件模擬得到，同樣根據(jù)扇區(qū)風能占比進行加權(quán)。空氣密度測風塔處的空氣密度應通過現(xiàn)場測風塔實測數(shù)據(jù)經(jīng)過代表年訂正后外推至輪轂高度處。機位點處的空氣密度應基于測風塔處的空氣密度根據(jù)海拔差推算至每個機位點輪轂高度處。若無實測數(shù)據(jù)，宜根據(jù)最近氣象站數(shù)據(jù)并通過海拔差外推至風電場機位點處。其它環(huán)境條件溫度測風塔處的溫度應通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)經(jīng)過代表年訂正后外推至輪轂高度處，應包括平均溫度、最高溫度、最低溫度。機位點處的溫度應基于測風塔處的溫度根據(jù)海拔差推算至每個機位點輪轂高度處。若無實測數(shù)據(jù)，宜根據(jù)最近氣象站數(shù)據(jù)并通過海拔差外推至風電場機位點。發(fā)電量計算發(fā)電量的計算參考《NB/T10103-2018風電場工程微觀選址技術(shù)規(guī)范》進行，可采用基于折減系數(shù)或基于超越概率的發(fā)電量計算方法進行計算。應給出發(fā)電量和等效小時數(shù)計算結(jié)果，其中發(fā)電量計算結(jié)果宜采用MWh單位。各機位點風特性參數(shù)分析方法參考第5章。功率曲線的選擇采用的功率曲線為通過現(xiàn)場的湍流強度、空氣密度、風剪切修正的動態(tài)功率曲線，若無對應條件下的功率曲線應考慮影響功率曲線的因素進行相應的折算。宜采用測試功率曲線并經(jīng)過對應條件下考慮影響功率曲線的因素進行相應的折算后經(jīng)進行發(fā)電量的計算?；谡蹨p系數(shù)的發(fā)電量計算發(fā)電量計算時需考慮的折減項按《NBT10103-2018風電場工程微觀選址技術(shù)規(guī)范》考慮外，增加以下取值項。大型風電場阻塞效應折減平坦地形的風電場平行主風向的風機排布超過5行或鄰近風場的排布時宜考慮阻塞效應導致的風場內(nèi)部的風速降低而帶來的發(fā)電量損失，該項主要包括風電場自身及周邊風電場帶來的阻塞效應導致的風速降低而進行的折減。除風力發(fā)電機組外的其他配套電氣設備的可利用率該項主要包括相變、升壓站、電網(wǎng)、集電線路的全年可利用率，應考慮常規(guī)故障以及極端環(huán)境條件影響下的不可用狀態(tài)。噪音及光影影響的折減位于距離居民區(qū)較近的風電場應考慮風力發(fā)電機產(chǎn)生的噪音和光影對人類生活的影響而造成的限功率及體積造成的發(fā)電量損失。噪音計算應采用合適的噪音計算模型，并采用最新的全要素地圖進行噪音敏感點的識別，風力發(fā)電機組噪音宜采用風機廠家提供的理論值或?qū)崪y值。光影影響應考慮風力發(fā)電機組的地理位置和居民房屋的采光方向?；诔礁怕实陌l(fā)電量計算宜采用不同等級的不確定度結(jié)果來評估項目發(fā)電量計算的偏差，發(fā)電量計算時需考慮的不確定度項按《NBT10103-2018風電場工程微觀選址技術(shù)規(guī)范》考慮。損耗對各損耗項進行取值以計算上網(wǎng)發(fā)電量時所引入的不確定度。分析時宜針對每一項損耗取值予以考慮，并假定各項損耗互相獨立，不確定度合成結(jié)果即為各項損耗所對應的不確定度分項的正交和。分析損耗時應考慮以下項：機組可利用率可利用率損耗是指在機組運行壽命內(nèi)由于故障，部件失效等原因造成的損失。尾流損失是指處于上風向的風力發(fā)電機組對下風向風力發(fā)電機組引起的發(fā)電量損耗，包括風場內(nèi)部機組引起的損耗，風場與風場之間的損耗以及未來風場可能造成的影響。風力發(fā)電機組性能包括由于風電機組功率曲線可靠性的損耗，由于風電機組功率曲線測試條件與現(xiàn)場實際條件（湍流，偏航軸風，斜流，高風剪切）之間的差異而引起的損耗，由于在高風切出和隨后切入之間的停機而造成的損耗。電氣損耗是指風電場內(nèi)電氣設備運行時由于自身效率引起的發(fā)電量損失，主要包括集電線路損耗和電氣設備損耗。環(huán)境影響是指由于風電場所處自然環(huán)境變化所引起的發(fā)電量損失。限電影響限電影響主要指由于扇區(qū)管理，負荷限電，噪聲管理，光影管理等因素造成的發(fā)電量損失。其他主要包括由于電網(wǎng)頻率波動、軟件不確定性、周圍待建風電場的影響、場地平整等帶來的發(fā)電量損失等。發(fā)電量損耗折減宜按照如下公式計算：AEPP50=AEP×(∏1n（1-Ki）（式中：AEPP50——超越概率50%下的發(fā)電量；AEP——風電場總理論發(fā)電量；Ki——包含尾流影響在內(nèi)的總損耗折減系數(shù)；風數(shù)據(jù)不確定度不確定度主要包含測量的不確定度、歷史氣候不確定度、垂直外推不確定度、未來風速變化不確定度、模型不確定度、產(chǎn)量計算和損耗的不確定度以及其他不確定度等方面。測量不確定度測量不確定度包括測量設備、數(shù)據(jù)質(zhì)量和測量干擾所引起的不確定度。測風設備的不確定性可分成由風速儀導致的不確定度U1,1和測風塔安裝導致的不確定度U1,2，宜按表6.1選取不確定度數(shù)值，并根據(jù)式6.2計算U1。U1=U1,1表6.1測風設備導致的不確定性風速儀導致的不確定度測風塔安裝導致的不確定度標準質(zhì)量1.5%1.5%質(zhì)量較差2%-6%2.5%-4%激光雷達或聲雷達3.5%測風數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定度是指缺測或無效數(shù)據(jù)引起數(shù)據(jù)缺失造成的不確定度，包括由于未加密數(shù)據(jù)或不可跟蹤數(shù)據(jù)源或不一致/矛盾數(shù)據(jù)導致的不確定度。其中對缺測和故障數(shù)據(jù)，一般將采用其他同期數(shù)據(jù)予以插補，根據(jù)缺測數(shù)據(jù)的數(shù)量，以及缺測數(shù)據(jù)和用以插補的參照數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，宜根據(jù)表6.2選取因此而帶來的不確定性。表6.2測風數(shù)據(jù)質(zhì)量導致的不確定性缺測時段0-2個月缺測時段2-4個月缺測時段4-6個月缺測時段6-8個月與參照數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)>0.80.5%0.6%0.8%1.0%與參照數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)>0.51%-1.5%1.5%-2.0%1.8%-2.3%2.0%-3.0%測量干擾的不確定度是指由于測風塔本身或其他測量設備造成的不確定度。對測風塔來說，包括測風儀安裝的斜度，測風設備的分離或其他安裝問題。對于可移動設備來說，包括物理和大氣對測量的影響。具體不確定度需根據(jù)實際測量情況予以量化。歷史氣候不確定度歷史氣候不確定度包括本地數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)的測量、關(guān)聯(lián)和預測（MCP），歷史變化以及長期數(shù)據(jù)的可靠性等不確定度。參考數(shù)據(jù)時長的不確定度是指參考數(shù)據(jù)的周期變化會導致參考數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性的變化，而參考數(shù)據(jù)的統(tǒng)計代表性直接影響整個項目周期發(fā)電量計算的準確性，因此當參考數(shù)據(jù)測量周期較短時會引入不確定度。參考站點的不確定度包含參考站點代表性所引入的不確定度及數(shù)據(jù)質(zhì)量所引入的不確定度。對于平均風速相同的數(shù)據(jù)，其風頻擬合結(jié)果可能是不同的，因此需考慮測量數(shù)據(jù)的風頻分布和長期風數(shù)據(jù)的風頻分布之差異所引起的不確定度。若數(shù)據(jù)處理時采用歷史數(shù)據(jù)對部分缺測數(shù)據(jù)進行插補，則需考慮數(shù)據(jù)合成所引入的不確定度，該部分不確定度應與數(shù)據(jù)缺測所引起的不確定度進行綜合分析。垂直外推不確定度表示利用風廓線對風速進行垂直外推有關(guān)的不確定性。包括外推到輪轂高度時使用風切變或其他模型的不確定度，同時也包括輪轂高度風速對風輪掃風面上的風速代表性的不確定度。未來風速變化不確定度考慮到未來風氣候（風資源）的變化所引入的不確定度。測風時間長度與風速年波動的不確定度可根據(jù)式6.3計算U3,1，根據(jù)式6.4計算長期修正后的不確定度U3,2。宜選取以二者中較小的數(shù)值作為年際波動導致的不確定度，對應的方法作為長期修正方案。U3,1=6%N U3,2==6%k2+4%2 式中：N——測風時間年數(shù)k——長期參考風速的年數(shù)由于區(qū)域和全球的氣候改變（長期和中期現(xiàn)象）所引起的不確定度，未來氣候趨勢對風速的不確定度宜取5%。由于項目周期內(nèi)每年風頻變化而引入的不確定度。該部分不確定度可通過統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)情況予以量化。模型不確定度模型不確定度是指模型輸入的不確定度，包含垂直外推不確定度、水平外推不確定度、參考點代表性的不確定度和其他不確定度。 垂直外推不確定度是指將平均風速、溫度、湍流強度等參數(shù)外推至輪轂高度處時會引入一定不確定度，該部分不確定度主要來源于外推所使用的模型或方法，分析時宜考慮模型代表性、擬合誤差、測量數(shù)據(jù)誤差等因素。水平外推不確定度包括從測風塔外推到各個獨立機位點時所引入的不確定度。水平外推所需模型輸入通常包括地形高程信息、地表覆被信息、大氣穩(wěn)定度信息等。其中地形數(shù)據(jù)精度、粗糙度地圖的精度及植被季節(jié)性變化穩(wěn)定度、大氣穩(wěn)定度代表性均會引入一定不確定度。參考點代表性的不確定度是指由于測風塔或其他測風設備所在位置對機位點的代表性（地形、植被、海拔等）所引入的不確定度。其他不確定度包括模型質(zhì)量以及誤差，地形復雜度，weibull分布參數(shù)的擬合度所引入的不確定度。機組性能和損耗不確定度機組性能和損耗不確定度包括考慮不同大氣狀況以及尾流損失在內(nèi)的各種損失下計算機組產(chǎn)量的不確定度。主要分為機組可靠性、尾流影響、機組性能、環(huán)境影響、其他損耗的不確定度?？煽啃圆淮_定度指機組和機組運行壽命周期內(nèi)的平均產(chǎn)量。尾流影響包括模型輸入（包括風向）的不確定度，以及與模型表現(xiàn)和現(xiàn)場適用性相關(guān)的不確定度。同時也包括附近可能新建風場的不確定度（施工時間，機組排布，機組類型）。機組性能包括機組功率曲線的不確定度、在特定情況下功率曲線失效的不確定度。環(huán)境影響考慮葉片污染，葉片損耗以及天氣影響引入的不確定度。宜采用不同等級的不確定度結(jié)果來評估項目發(fā)電量計算的偏差。上網(wǎng)發(fā)電量計算結(jié)果的不確定度應從損耗、風數(shù)據(jù)不確定度、風模型不確定度、功率曲線不確定度等維度進行考量?？偛淮_定度總的不確定度宜按如下公式計算：U=1式中：σi——測風、模型、功率曲線等獨立因子的不確定度；Si——各獨立分量敏感度；U——各獨立因子影響發(fā)電量變化的總不確定度。不同超越概率下的發(fā)電量計算發(fā)電量不確定折減宜按照如下公式計算：AEPPn式中：AEPPn——超越概率n%下的發(fā)電量；AEPP50——風電場超越概率50%下的發(fā)電量；Nv(n%)——特征變量，可由標準正態(tài)分布表查得；U——各獨立因子影響發(fā)電量變化的總不確定度。在風電場評估中，超越概率越大，則表明該事件越可能發(fā)生，與之對應的發(fā)電量則越少。

附錄A長期平均風速計算方法目前有多種方法將短期實測數(shù)據(jù)訂正為長期數(shù)據(jù)，推薦使用分風速段比值法來對測風數(shù)據(jù)進行訂正以反應風電場區(qū)長期平均水平的發(fā)電量。分風速段比值法該方法需要分風速段確定比例系數(shù)以避免因低風速段地形對風速的影響造成整體風速相關(guān)性的改變。確定長期風速數(shù)據(jù)的分段以及各風速段中點首先對測風數(shù)據(jù)與長期數(shù)據(jù)的同期數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，以長期參考數(shù)據(jù)為X軸，測風塔實測短期數(shù)據(jù)為Y軸做散點圖，將長期參考數(shù)據(jù)取整并沿X軸等分為10個風速段。同時確定各個風速段的中點。例：現(xiàn)有一測風塔實測完整年風速以及測風塔周邊長期數(shù)據(jù)，長期數(shù)據(jù)在測風塔同期測風時段內(nèi)實測最大風速為17.02m/s，取整可得長期數(shù)據(jù)風速介于0m/s~18m/s之間，將長期數(shù)據(jù)按照0m/s~18m/s劃分為10個區(qū)間，區(qū)間段對應的風速以及相關(guān)信息見表1。表SEQ表\*ARABIC1各區(qū)間風速信息風速段長期數(shù)據(jù)風速段對應區(qū)間測風塔區(qū)間中點測風塔平均風速起始風速終止風速數(shù)據(jù)樣本量101.85120.92.91421.83.61,6632.73.76233.65.42,3854.55.38845.47.21,8256.36.94157.291,0858.18.4946910.88099.99.708710.812.631311.710.723812.614.413313.512.559914.416.23115.314.9591016.218417.115.793風速段2風速段1風速段2風速段1計算測風塔處長期風速依次連接各個風速段中點，并分別計算不同中點間折線的斜率KK（A.1）式中：i——為第i個分段（i=N+1）yi——為第i個拐點坐標vi其中：y0和vK1風速區(qū)間K1風速區(qū)間2風速區(qū)間1K2根據(jù)長期數(shù)據(jù)所處于不同的風速區(qū)間，選擇對應的斜率值計算得到對應的測風塔處的長期時間序列數(shù)據(jù)：v（A.2）式中：vpredictvref當20年長期數(shù)據(jù)有超出第10個風速區(qū)間時，vpredict計算總體比例系數(shù)當求出測風塔處20年長期測風序列后，對該長期序列風速求平均，并利用長期數(shù)據(jù)20年平均風速除以測風塔處預測20年平均風速即得到總體比例系數(shù)。v（A.3）K（A.4）式中：N——為測風塔處20年平均風速樣本量vpredictvmast由于對10min實測數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)不會改變測風數(shù)據(jù)的形狀參數(shù)，因此，直接對10min完整年時間序列乘以整體比例系數(shù)，得到的平均風速（vrefv（A.5）vmast當測風數(shù)據(jù)與長期數(shù)據(jù)相關(guān)性較差時（低于0.6）可以考慮通過增大時間分辨率來提高相關(guān)