風(fēng)資源測量與評估1

1風(fēng)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(fēng)力機工程技術(shù)研究中心參考文獻：《中國風(fēng)資源測量和評估實務(wù)》《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量和評估技術(shù)規(guī)定》《風(fēng)能資源評估手冊》《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》廖明夫2能源分布3能源分布4風(fēng)能利用5風(fēng)力提水6垂直軸風(fēng)力機D=64m,4200KWD=10m,20kw7水平軸風(fēng)力機5兆瓦風(fēng)力發(fā)電機組1.2兆瓦直驅(qū)式風(fēng)電機組8水平軸風(fēng)力機的發(fā)展趨勢9水平軸風(fēng)力機示意圖10全球風(fēng)系和大氣環(huán)流11海陸風(fēng)12山谷風(fēng)1314我國能源分布風(fēng)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(fēng)能較佳區(qū)：青藏高原中北部、東南沿海、三北的南部。15一、風(fēng)向和風(fēng)向玫瑰16時變性平均風(fēng)速的日變化平均風(fēng)速的月變化平均風(fēng)速的季度變化平均風(fēng)速的年變化17區(qū)域性變化1819風(fēng)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(fēng)速和風(fēng)向的時間歷程曲線22平均風(fēng)速沿高度的變化-風(fēng)速廓線不同地面粗糙度對應(yīng)的風(fēng)切變（假設(shè)高度z=1000m時的風(fēng)速為15m/s23平均風(fēng)速沿高度的變化-風(fēng)速廓線地面粗糙度Z0類型變換時對風(fēng)切邊的影響利用2個高度z1和z2測得的風(fēng)速確定地面粗糙度24大氣層穩(wěn)定度對風(fēng)切變的影響25地形和地面粗糙度對風(fēng)切變的影響障礙物后風(fēng)速的降低26風(fēng)速廓線指數(shù)與時間的關(guān)系27不同風(fēng)切變指數(shù)下的風(fēng)切變28

不同平均風(fēng)速下的風(fēng)速廓線指數(shù)29某地實測的風(fēng)速廓線30風(fēng)從平滑地表吹向粗糙地表時的風(fēng)廓線變化31風(fēng)從粗糙地表吹向平滑地表時的風(fēng)廓線變化地物影響32建筑物對下游風(fēng)特性的影響33地形影響34山脊橫截面對風(fēng)特性的影響35山崖對風(fēng)特性的影響3637大氣運動尺度38不同高度處的風(fēng)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(fēng)速的關(guān)系（陸地測量）43湍流強度和風(fēng)速的關(guān)系（海上風(fēng)場測量）44不同標準下的湍流強度不同湍流強度下陣風(fēng)系數(shù)隨陣風(fēng)持續(xù)時間的變化曲線4546丹麥每5年一個周期的平均風(fēng)速47風(fēng)頻圖測風(fēng)實例4849Weibull累積風(fēng)頻分布（c=7,k=2）50Weibull風(fēng)頻概率密度（c=7，k=2)51固定平均風(fēng)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(fēng)頻分布測量值和擬合的概率密度54不同平均風(fēng)速時的瑞利分布k=2圖表法分析威布爾分布的kc5556風(fēng)向概率玫瑰圖/%57平均風(fēng)速玫瑰圖/(m.s-1)58風(fēng)能量玫瑰圖/(kw.h.m-2)59風(fēng)功率譜60根據(jù)風(fēng)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(fēng)場收益估算63風(fēng)場收益估算64——————極端運行陣風(fēng)6566風(fēng)洞試驗（中國空氣動力研究與發(fā)展中心4m*3m風(fēng)洞）龔67同濟大學(xué)大氣邊界層風(fēng)洞68同濟大學(xué)大氣邊界層風(fēng)洞69中國環(huán)境科學(xué)院環(huán)境風(fēng)洞70直流風(fēng)洞717273汽車風(fēng)洞74風(fēng)力機風(fēng)洞試驗75飛機風(fēng)洞試驗76立式風(fēng)洞77我國最大的風(fēng)洞中國空氣動力研究基地風(fēng)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(fēng)洞和跨聲速風(fēng)洞為代表的52座風(fēng)洞設(shè)備和專用設(shè)施，構(gòu)成了亞洲最大的風(fēng)洞群，擁有8座“世界級”風(fēng)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(fēng)洞試驗。

7879蘭州理工大學(xué)外場試驗基地80測風(fēng)塔8110個側(cè)風(fēng)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(fēng)電場宏觀選址基本概念

風(fēng)電場宏觀選址即風(fēng)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(fēng)能資源和其它建設(shè)條件的分析和比較，確定風(fēng)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(fēng)電場獲取經(jīng)濟利益的關(guān)鍵。83風(fēng)電場宏觀選址影響因素

風(fēng)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(fēng)電場宏觀選址基本原則1、風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能質(zhì)量好年平均風(fēng)速一般應(yīng)大于5m/s風(fēng)功率密度一般應(yīng)大于300W/m2風(fēng)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(fēng)向風(fēng)速的日變化和季節(jié)變化較小垂直風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電機組吊裝等要求。87風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電場的區(qū)域。91風(fēng)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(fēng)電場。有些風(fēng)電場附近還有未開發(fā)的區(qū)域。根據(jù)已建風(fēng)電場的發(fā)電情況，判斷新風(fēng)電場的開發(fā)前景。這是尋找備選場址的捷徑。92風(fēng)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(fēng)能資源的調(diào)查。可向有關(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(fēng)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(fēng)能資源圖譜，按照風(fēng)功率密度和有效風(fēng)速出現(xiàn)小時數(shù)進行風(fēng)能資源區(qū)劃，標明了風(fēng)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(fēng)功率密度分布97功率密度分布和近海風(fēng)速分布98風(fēng)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(fēng)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(fēng)能劃分為4個大區(qū)和30個類型區(qū)。99風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)能欠缺區(qū)（Ⅳ）。100風(fēng)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(fēng)速數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在的風(fēng)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(fēng)電場場址的風(fēng)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(fēng)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(fēng)速的典型特征是：－走向和主風(fēng)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(fēng)和側(cè)風(fēng)角。102風(fēng)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(fēng)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(fēng)成地貌·

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

104旗形樹105風(fēng)蝕石窩106風(fēng)蝕蘑菇107雅丹地貌108風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)能資源測量——測風(fēng)塔的定位。109風(fēng)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(fēng)況資料，評價地形，自然環(huán)境，交通等現(xiàn)場考察，選址風(fēng)況測量，測風(fēng)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(fēng)況分析，風(fēng)能資源評估編制風(fēng)資源評估報告110風(fēng)電場宏觀選址方法步驟2、風(fēng)能資源測量風(fēng)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(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法》。（1）必須在測風(fēng)階段給予足夠的投入。立足夠數(shù)量的測風(fēng)塔。安裝足夠數(shù)量的傳感器。測量足夠長的時間。111風(fēng)電場宏觀選址方法步驟2、風(fēng)能資源測量（2）測風(fēng)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(fēng)塔之間的位置疏密不一。測風(fēng)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(fēng)電場宏觀選址方法步驟2、風(fēng)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(fēng)電場宏觀選址方法步驟2、風(fēng)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(fēng)電場宏觀選址方法步驟3、場址比選根據(jù)DL/T5067-1996《風(fēng)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(fēng)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(fēng)電場宏觀選址方法步驟3、場址比選風(fēng)能資源按照GB/T18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)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(fēng)對風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電機組基礎(chǔ)的要求。119風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電場宏觀選址風(fēng)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(fēng)電場選址專題報告。124風(fēng)電場微觀選址（流程）風(fēng)電場微觀選址即風(fēng)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(fēng)電場風(fēng)電機組的布置方案，使風(fēng)電場獲得較好的發(fā)電量。125風(fēng)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(fēng)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(fēng)電場微觀選址基本原則2、盡量減小風(fēng)電機組之間尾流影響。國外有研究成果表明，對單臺風(fēng)電機組，在距風(fēng)輪2D－3D的順風(fēng)中心線處，風(fēng)速減少35％－45％；在距風(fēng)輪8D處，風(fēng)速減少10％。尾流的直徑在距風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電場的風(fēng)電機最小列距為3D，多行風(fēng)電場的風(fēng)電機最小列距為5D。風(fēng)向集中的場址列距可以小一些。風(fēng)向分散的場址列距就要大一