風資源測量與評估1

1風資源測量與評估蘭州理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院甘肅省風力機工程技術(shù)研究中心參考文獻：《中國風資源測量和評估實務(wù)》《風電場風能資源測量和評估技術(shù)規(guī)定》《風能資源評估手冊》《風力發(fā)電技術(shù)》廖明夫2能源分布3能源分布4風能利用5風力提水6垂直軸風力機D=64m,4200KWD=10m,20kw7水平軸風力機5兆瓦風力發(fā)電機組1.2兆瓦直驅(qū)式風電機組8水平軸風力機的發(fā)展趨勢9水平軸風力機示意圖10全球風系和大氣環(huán)流11海陸風12山谷風1314我國能源分布風能最佳區(qū)：山東半島、遼東半島及海上島嶼、內(nèi)蒙古、甘肅，黑龍江南部及吉林北部。風能較佳區(qū)：青藏高原中北部、東南沿海、三北的南部。15一、風向和風向玫瑰16時變性平均風速的日變化平均風速的月變化平均風速的季度變化平均風速的年變化17區(qū)域性變化1819風力等級表20大氣邊界層和地面邊界層溫度切變：溫度T隨高度的變化21風速和風向的時間歷程曲線22平均風速沿高度的變化-風速廓線不同地面粗糙度對應(yīng)的風切變（假設(shè)高度z=1000m時的風速為15m/s23平均風速沿高度的變化-風速廓線地面粗糙度Z0類型變換時對風切邊的影響利用2個高度z1和z2測得的風速確定地面粗糙度24大氣層穩(wěn)定度對風切變的影響25地形和地面粗糙度對風切變的影響障礙物后風速的降低26風速廓線指數(shù)與時間的關(guān)系27不同風切變指數(shù)下的風切變28

不同平均風速下的風速廓線指數(shù)29某地實測的風速廓線30風從平滑地表吹向粗糙地表時的風廓線變化31風從粗糙地表吹向平滑地表時的風廓線變化地物影響32建筑物對下游風特性的影響33地形影響34山脊橫截面對風特性的影響35山崖對風特性的影響3637大氣運動尺度38不同高度處的風速時間歷程曲線39湍流強度40湍流強度隨高度的變化曲線41湍流強度隨地面粗糙度的變化42湍流強度和風速的關(guān)系（陸地測量）43湍流強度和風速的關(guān)系（海上風場測量）44不同標準下的湍流強度不同湍流強度下陣風系數(shù)隨陣風持續(xù)時間的變化曲線4546丹麥每5年一個周期的平均風速47風頻圖測風實例4849Weibull累積風頻分布（c=7,k=2）50Weibull風頻概率密度（c=7，k=2)51固定平均風速下不同形狀因子k的weibull分布52c,k隨高度的變化v/ckV/c隨k的變化53風頻分布測量值和擬合的概率密度54不同平均風速時的瑞利分布k=2圖表法分析威布爾分布的kc5556風向概率玫瑰圖/%57平均風速玫瑰圖/(m.s-1)58風能量玫瑰圖/(kw.h.m-2)59風功率譜60根據(jù)風頻分布a和功率曲線b確定發(fā)電量c61功率曲線測量實例62湍流強度對功率曲線的影響風場收益估算63風場收益估算64——————極端運行陣風6566風洞試驗（中國空氣動力研究與發(fā)展中心4m*3m風洞）龔67同濟大學(xué)大氣邊界層風洞68同濟大學(xué)大氣邊界層風洞69中國環(huán)境科學(xué)院環(huán)境風洞70直流風洞717273汽車風洞74風力機風洞試驗75飛機風洞試驗76立式風洞77我國最大的風洞中國空氣動力研究基地風洞，成為我國規(guī)模最大、手段齊備、綜合實力最強的國家級空氣動力試驗、研究和開發(fā)機構(gòu)，其綜合試驗?zāi)芰Q身世界先進行列。以低速風洞和跨聲速風洞為代表的52座風洞設(shè)備和專用設(shè)施，構(gòu)成了亞洲最大的風洞群，擁有8座“世界級”風洞設(shè)備；從“殲-10”、“梟龍”戰(zhàn)機和“神舟”系列飛船，到磁懸浮、“和諧號”高速列車；從高達300多米的東方明珠塔，到橫跨30多公里海面的杭州灣跨海大橋，都在這里進行過風洞試驗。

7879蘭州理工大學(xué)外場試驗基地80測風塔8110個側(cè)風位置聯(lián)合國開發(fā)計劃署

Ａ吉林（明陽）ＢＣ內(nèi)蒙古Ｄ寧夏（2003年開始建）Ｅ甘肅Ｆ湖北（龍源、中廣核）Ｇ江西（江西中電投投資20億）ＨＩ福建Ｊ廣東（中電投投資60億）甘肅酒泉新疆哈密河北吉林蒙東蒙西江蘇沿海山東82風電場宏觀選址基本概念

風電場宏觀選址即風電場場址選擇。是在一個較大的地區(qū)內(nèi)，通過對若干場址的風能資源和其它建設(shè)條件的分析和比較，確定風電場的建設(shè)地點、開發(fā)價值、開發(fā)策略和開發(fā)步驟的過程，是企業(yè)能否通過開發(fā)風電場獲取經(jīng)濟利益的關(guān)鍵。83風電場宏觀選址影響因素

風能資源和其它相關(guān)氣候條件、地形和交通運輸、工程地質(zhì)、接入系統(tǒng)、其它社會政治和經(jīng)濟技術(shù)因素。84風電場宏觀選址基本原則1、風能資源豐富，風能質(zhì)量好年平均風速一般應(yīng)大于5m/s風功率密度一般應(yīng)大于300W/m2風頻分布好可利用小時數(shù)高3-25m/s在2000h。有穩(wěn)定的盛行風向風速的日變化和季節(jié)變化較小垂直風剪切較小，以利于機組的運行，減少機組故障。湍流強度較小，盡量減輕機組的振動、磨損，延長機組壽命。湍流強度超過0.25，建風電場就要特別慎重。選機型時要和廠家充分交流，看機組是否能夠承受。85風電場宏觀選址基本原則2、符合國家產(chǎn)業(yè)政策和地區(qū)發(fā)展規(guī)劃場址是否已作其它規(guī)劃，或和規(guī)劃中的其它項目有矛盾。3、滿足聯(lián)網(wǎng)要求聯(lián)網(wǎng)是風電場實現(xiàn)銷售收入的必要條件。應(yīng)盡量靠近電網(wǎng)，減少線損和送出成本。根據(jù)電網(wǎng)的容量、結(jié)構(gòu)，確定建設(shè)規(guī)模與電網(wǎng)是否匹配。86風電場宏觀選址基本原則4、具備交通運輸和施工安裝條件港口、公路、鐵路等交通運輸條件應(yīng)滿足風電機組、施工機械和其它設(shè)備、材料的進場要求。場內(nèi)施工場地應(yīng)滿足設(shè)備和材料的存放、風電機組吊裝等要求。87風電場宏觀選址基本原則5、保證工程安全地質(zhì)情況：土質(zhì)情況，如是否適合深度挖掘（塌方、出水），房屋建設(shè)施工，風機基礎(chǔ)施工等。要有詳細的水文地質(zhì)資料地理位置：遠離地震帶，火山頻發(fā)區(qū)，遠離人口密集區(qū)。88風電場宏觀選址基本原則6、滿足環(huán)境保護的要求避開鳥類的遷徙路徑、侯鳥和其它動物的停留地或繁殖區(qū)。和居民區(qū)保持一定距離，避免噪聲、葉片陰影擾民。減少耕地、林地、牧場等的占用。89風電場宏觀選址基本原則7、滿足投資回報要求盡力較低的投資和運營成本，獲得較高的利潤90風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

在一個較大范圍內(nèi)，如全國或一個省，一個縣或一個電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)，確定幾個可能建設(shè)風電場的區(qū)域。91風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

尋找備選場址的第一種途徑：全國已經(jīng)建成了很多風電場。有些風電場附近還有未開發(fā)的區(qū)域。根據(jù)已建風電場的發(fā)電情況，判斷新風電場的開發(fā)前景。這是尋找備選場址的捷徑。92風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

尋找備選場址的第二種途徑：有些地區(qū)已進行過風能資源的調(diào)查?？上蛴嘘P(guān)部門如發(fā)改委、氣象部門、電力部門或建設(shè)經(jīng)驗豐富的人士咨詢。93風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

尋找備選場址的第三種途徑：中國氣象科學(xué)研究院和部分省區(qū)的有關(guān)部門繪制了全國或地區(qū)的風能資源圖譜，按照風功率密度和有效風速出現(xiàn)小時數(shù)進行風能資源區(qū)劃，標明了風能豐富的區(qū)域，可用于指導(dǎo)宏觀選址。944級以上適合發(fā)電9596采用加拿大west模擬全國陸地50m高度風功率密度分布97功率密度分布和近海風速分布98風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

中國氣象科學(xué)研究院朱瑞兆等利用1961—1970年的氣象資料，根據(jù)有效風能密度和利用小時數(shù)等指標，結(jié)合天氣氣候特點、自然地形和水體等，將全國風能劃分為4個大區(qū)和30個類型區(qū)。99風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

其中東南沿海、山東、遼東沿海及其海上島嶼區(qū)，內(nèi)蒙古北部、松花江下游區(qū)為風能豐富區(qū)（Ⅰ）；東南沿海沿岸和渤海沿海區(qū)，三北的北部區(qū)，青藏高原區(qū)為風能較豐富區(qū)（Ⅱ）；兩廣沿海區(qū)，大小興安嶺山地區(qū)，東北長白山向西經(jīng)華北平原到我國西端是風能可利用區(qū)（Ⅲ）。云貴川和南嶺地區(qū)，雅魯藏布江和昌都地區(qū)，塔里木盆地西部地區(qū)為風能欠缺區(qū)（Ⅳ）。100風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定

上述的分區(qū)，僅為全國范圍對陸地的宏觀劃分，沒有把海域考慮進去。由于當時利用的是氣象站10米高的風速數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在的風電場一般遠離氣象站，機組的輪轂高度至少也在40米以上，所以某一風電場場址的風能資源不一定嚴格符合上述分區(qū)。就一個省或更小的范圍選址來講，更多的是要借助地形圖。101風電場宏觀選址（地形標志物）方法步驟1、備選場址的確定從地形圖上可以判別發(fā)生較高平均風速的典型特征是：－走向和主風向平行的隘口和峽谷；－高原和臺地；－比較突出的山脊和山峰；－海岸；－島嶼的迎風和側(cè)風角。102風電場宏觀選址（場址考察）方法步驟1、備選場址的確定為了核實場址條件，應(yīng)該盡快組織對場址的實地考察?？疾斓膬?nèi)容主要是風能的大小，同時至少包括：·

土地的可用性，范圍及目前用途·

地形地貌、地質(zhì)（障礙物的位置）·

交通運輸對環(huán)境影響·

電網(wǎng)情況風成地貌·

初步確定測風塔的位置103風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定風成地貌例子：“旗形樹”。植物因長期被風吹而導(dǎo)致枝干偏向一邊。主風向明顯地區(qū)的樹的變形程度與年平均風速相關(guān)性較強。地表物質(zhì)會因風而移動和沉積，形成干鹽湖、沙丘和其他風成地貌，表明附近存在固定方向的強風。如山的迎風坡巖石裸露，山的背風坡砂礫堆積。

104旗形樹105風蝕石窩106風蝕蘑菇107雅丹地貌108風電場宏觀選址方法步驟1、備選場址的確定通過考察以后，綜合風能資源和其它建設(shè)條件，排除那些不具備一項或多項建設(shè)條件的地點，如風能很小、接入系統(tǒng)造價很高甚至無法解決等，即可確定若干個備選場址，轉(zhuǎn)入下一步工作：風能資源測量——測風塔的定位。109風資源測評過程（p7）收集氣象、地理、地形圖、地質(zhì)等資料，分析風況資料，評價地形，自然環(huán)境，交通等現(xiàn)場考察，選址風況測量，測風塔安裝，測量參數(shù)數(shù)據(jù)收集、管理、分析，觀察至少一年以上，保證有效數(shù)據(jù)完整率90%以上風況分析，風能資源評估編制風資源評估報告110風電場宏觀選址方法步驟2、風能資源測量風能資源測量是一項很重要的工作。主要指導(dǎo)文件為GB/T18709-2002《風電場風能資源測量方法》。（1）必須在測風階段給予足夠的投入。立足夠數(shù)量的測風塔。安裝足夠數(shù)量的傳感器。測量足夠長的時間。111風電場宏觀選址方法步驟2、風能資源測量（2）測風塔的位置和數(shù)量一定要在地形圖上先確定，再到現(xiàn)場調(diào)整并最終確定。否則容易可能造成測風塔之間的位置疏密不一。測風塔定位原則：遠離障礙物，選擇位置能代表場址的主要范圍112障礙物引起的湍流113風電場宏觀選址方法步驟2、風能資源測量（3）提高測量數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。要經(jīng)常檢查數(shù)據(jù)，經(jīng)常到現(xiàn)場檢查儀器，及時發(fā)現(xiàn)問題。傳感器裝上以后，經(jīng)常會因為缺電、沙塵、積冰、支撐桿彎曲甚至斷裂等造成數(shù)據(jù)的丟失或失真。用無線方式接收數(shù)據(jù)的，還要保證及時向通訊公司交費。安排責任心強、接受過培訓(xùn)的人員負責這項工作，是重要的保證措施之一。114風電場宏觀選址方法步驟2、風能資源測量經(jīng)過至少1年的測量，數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)完整率達到90％以上，即可進入下一步：場址比選。115風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選根據(jù)DL/T5067-1996《風力發(fā)電場項目可行性研究報告編制規(guī)程》，應(yīng)比較以下內(nèi)容：風能資源和相關(guān)氣象條件、地形和交通條件、工程地質(zhì)條件、接入系統(tǒng)條件。116風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選風能資源按照GB/T18710-2002《風電場風能資源評估方法》進行評估。相關(guān)氣象條件要提出氣溫、沙塵、鹽霧、雷電、冰雹、雨（霧）凇、臺風對風電機組、發(fā)電量、工程施工等的影響。還應(yīng)初步選擇一種機型，比較各場址的年發(fā)電量。117風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選比較各場址的地形和交通條件。地形平坦單一，有利于減小湍流強度，有利于風電機組的場內(nèi)運輸、擺放，有利于吊裝機械和其它施工機械的作業(yè)。復(fù)雜多變的地形則正好相反。交通條件主要比較風電機組的運輸條件和運輸距離，同時要考慮施工機械的進場、有無橋涵需要加固，有無道路或彎道需要加寬、改造。比較解決交通所需的工程量。118風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選比較各場址的工程地質(zhì)條件。比較基礎(chǔ)處理的難易程度。在風電場選址時，應(yīng)盡量選擇較場址穩(wěn)定，地震烈度小，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的場址。作為風電機組基礎(chǔ)持力層的巖層或土層應(yīng)厚度較大、變化較小、土質(zhì)均勻、承載力能滿足風電機組基礎(chǔ)的要求。119風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選比較各場址的接入系統(tǒng)條件。比較各場址和現(xiàn)有變電站的距離，是否需要新建、改建變電站，線路的電壓等級，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、容量。120風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選除上述因素外，還應(yīng)考慮：當?shù)卣途用駥υ谠摰貐^(qū)建風電場的態(tài)度。用地方面：當?shù)厥欠褚褜鲋芬?guī)劃為其它用途，或附近有無和建風電場沖突的項目。是否涉及到建筑物拆遷，魚塘、耕地、林地的占用，地下有無礦產(chǎn)。121風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選環(huán)保方面：是否涉及到自然保護區(qū)、文化遺產(chǎn)、風景名勝，對動植物、居民有無不良影響?？傃b機容量。較大的裝機容量可以攤低道路、接入系統(tǒng)等固定成本。投資。初步做出各場址的投資估算。電價。預(yù)計項目能夠爭取到的電價。122風電場宏觀選址方法步驟3、場址比選以上因素，要定量分析和定性分析相結(jié)合，以定量分析為主。對各場址進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，可以綜合評分，但最好作出初步的財務(wù)評價，然后對各場址進行綜合排序，確定開發(fā)策略和開發(fā)步驟。123風電場宏觀選址風電場場址的選擇是一項復(fù)雜的工作，涉及到經(jīng)濟技術(shù)、自然地理、社會政治、環(huán)境保護等諸多方面。前面只是擇其要者作了一下簡單介紹。在選址時應(yīng)進行深入細致的調(diào)查研究，編寫風電場選址專題報告。124風電場微觀選址（流程）風電場微觀選址即風電機組位置的選擇。通過對若干方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，確定風電場風電機組的布置方案，使風電場獲得較好的發(fā)電量。125風電場微觀選址基本原則1、盡量集中布置。集中布置可以減少風電場的占地面積，充分利用土地，在同樣面積的土地上安裝更多的機組；其次，集中布置還能減少電纜和場內(nèi)道路長度，降低工程造價，降低場內(nèi)線損。126風電場微觀選址基本原則2、盡量減小風電機組之間尾流影響。國外有研究成果表明，對單臺風電機組，在距風輪2D－3D的順風中心線處，風速減少35％－45％；在距風輪8D處，風速減少10％。尾流的直徑在距風輪8D－10D為2.6D-2.8D。對于行距為8－11D，列距為2－3D的布置，第二排的能量損失在10ｍ／ｓ時為8－20％。在平坦地區(qū)進行的7行布置的風電場的測量，其行距為9D，列距2D，第七排比第一排能量約損失20％。127風電場微觀選址基本原則值得注意的是，多行多列布置的能量損失，和地形、地面粗糙度也有關(guān)系，所以上述結(jié)論只是給我們一個概念。要減小尾流影響，就要增加風電機組之間的距離。這和集中布置的原則是矛盾的。方案比較就要在矛盾中尋求最優(yōu)。128風電場微觀選址基本原則一般而言，機組布置的行距為3D-5D，列距為5D-9D。單行風電場的風電機最小列距為3D，多行風電場的風電機最小列距為5D。風向集中的場址列距可以小一些。風向分散的場址列距就要大一