雷達測風儀調(diào)研報告

編號：雷達測風系統(tǒng)調(diào)研報告編制：XXX審核：XXX批準：XXX日期：XXX一、前言雷達測風儀作為一種新的風電場測風設(shè)備，主要分為用于偏航糾偏校正的水平式測風雷達（機艙雷達）和地面垂直式測風雷達，后者廣泛應(yīng)用與風電場資源測量、評估、微觀選址設(shè)計的各個方面。而垂直式測風雷達又可分為激光式測風雷達和聲波式測風雷達兩種，我事業(yè)部通過邀請國內(nèi)主流廠商（代理商）進行咨詢、技術(shù)交流等方式，完成了此次調(diào)研，針對不同雷達測風儀的性能優(yōu)缺點、價格等進行了總結(jié)分析，形成調(diào)研報告。二、測風雷達相對于傳統(tǒng)測風塔的性能對比測測量方式參數(shù)測風塔測風雷達測量范圍0-60m/s0-80m/s或0-30m/s測量高度10-150m30-200m（可自定義12-15個測量高度同步測量）測量精度(風速)0.1m/s0.1-0.2m/s測量精度(風向)1°1°數(shù)據(jù)采樣頻率1-2s1s數(shù)據(jù)采集風速、風向及溫度、濕度、氣壓的平均值、標準差、最大值、最小值、總值等1s/2min/5min/10min平均水平風速、垂直風速、最大最小值、風向、標準偏差、信噪比（SNR）、風切變、紊流強度、GPS坐標、溫度、濕度、大氣壓力成本較低（相對雷達測風）較高（相對測風塔）其他抗嚴寒能力較差，存在倒塔風險防冰凍、防盜、可機動測量相比于傳統(tǒng)測風設(shè)備，測風雷達的最大優(yōu)點在于體積較小便于移動、測量范圍更寬、精度更高以及良好的防冰凍能力，能夠廣泛應(yīng)用于風電場資源評估的各個方面，雖然測風雷達相比于單塔來說成本較高，但是測風雷達勝在可以重復(fù)使用，尤其對于測風塔缺測數(shù)據(jù)補測、測風塔代表性不足區(qū)域風況復(fù)核、問題機位復(fù)核等風電場評估建設(shè)中的“疑難雜癥”的處理有著傳統(tǒng)測風塔無法替代的作用。三、激光測風雷達定義及測風原理激光測風雷達Lidar（LightDetectionandRanging)是以激光器為光源向大氣發(fā)射激光，接收大氣的后向散射信號，通過分析發(fā)射激光的徑向多普勒頻移反演出風速的測風系統(tǒng)。圖1某型號激光測風雷達外形圖低空激光測風雷達采用相干探測原理，利用穩(wěn)頻激光作為照射光束，通過接收激光束對大氣中隨風飄移氣溶膠的散射回波信號并與雷達本振光進行相干混頻，并通過中頻信號的數(shù)字鑒頻技術(shù)來獲得汽溶膠相對激光束的多普勒頻移，結(jié)合大氣風場的多波束測量，最終實現(xiàn)對大氣風場信息的測量。圖2激光雷達工作原理因為一般的自然界微粒(如空氣的氣溶膠)對流動都具有較好的跟隨性。所以對于風速的測量，實際上是對大氣中氣溶膠運動速度的測量。一臺激光測風雷達通常由激光器、入射光學單元、接受或者收集光學單元、多普勒信號處理器(探測器)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。其測速模式主要有三種：參考光模式、直接探測模式和雙光束模式。測量高度范圍一般為10～200m，水平風速測量范圍0～70m/s，測量精度<0.1m/s。三、聲波測風雷達定義及測風原理與激光雷達原理類似，聲波測風雷達通過高頻揚聲器及拋物面反射鏡將高聚倍的聲波脈沖發(fā)射到大氣中，通過分析反射波的多普勒頻移來實現(xiàn)風速風向等的測量工作。圖3某型聲波測風雷達外形及內(nèi)部構(gòu)造圖聲波測風雷達的垂直測量范圍可達40~200m，高度分辨率可達5m，平均風速觀測區(qū)間可達0~30m/s。與激光雷達相比，聲波雷達的一個優(yōu)勢是可以實現(xiàn)高寒高冰凍地區(qū)的穩(wěn)定測量工作，由于高頻揚聲器、反射鏡及接受裝置受聲波影響處于不斷振動當中，因此同僅靠小雨刷保護的激光探頭（可以想象一下冬季汽車前擋風玻璃）相比更難形成積水、結(jié)霜、結(jié)冰等情況，針對高濕、高寒地區(qū)的測量精度要高于激光雷達系統(tǒng)。圖4某型聲波測風雷達在高寒地區(qū)的應(yīng)用案例四、兩種測風雷達的優(yōu)劣性對比性能指標激光雷達聲波雷達備注風速觀測區(qū)間0~70m/s或80m/s不等0~30m/s激光雷達范圍更廣垂直測量范圍10~200m40~200m激光雷達范圍更廣體積重量較小較大聲波雷達體積較大（約一人高）測量精度風速不大于0.1m/s，風向不大于1°風速不大于0.1m/s，風向不大于1°兩者近似，激光雷達略高抗冰凍雨雪能力對于強冰凍、雨雪、結(jié)霜、霧霾等天氣受激光鏡頭及激光穿透力影響，激光雷達不如聲雷達抗植被遮擋能力聲雷達受周邊植被影響較大，布置區(qū)域周邊最好無高大樹木遮擋功率100W左右15W左右聲雷達功率更低，野外供電保障性更好生產(chǎn)廠家國產(chǎn)/進口進口通過以上對比可以看出，兩種雷達的基礎(chǔ)測量能力基本無異，雖然激光雷達的風速測量區(qū)間更大，但是目前國內(nèi)外主流風機的最大切出風速不超過27m/s，而南方很多低風速區(qū)域風速很少有能夠超過20m/s的時候，聲雷達的風速測量區(qū)間也能夠滿足要求。就此次調(diào)研結(jié)果來看，兩者主要的區(qū)別在于適用性的不同，對于山勢陡峭植被茂密的風電場，激光雷達更加便于攜帶且受植被影響較少，更能夠勝任測量任務(wù)，而對于一些高寒或者冰凍災(zāi)害嚴重，大霧、風沙頻發(fā)的區(qū)域，聲波雷達則表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性。目前聲雷達相比激光雷達的主要劣勢是市場應(yīng)用案例較少，對于測量結(jié)果可靠性的驗證不足，使得市場目前普遍對于聲雷達采取了敬而遠之的態(tài)度。五、測風雷達的主要應(yīng)用領(lǐng)域測風雷達在風電領(lǐng)域主要用于以下幾個方面：1.陸上風電場項目應(yīng)用（1）微觀選址及其驗證；（2）風電場預(yù)評估；（3）功率曲線驗證；（4）地址適合性評估；（5）復(fù)雜地形的評價分析；（6）垂直方向輪廓推斷的驗證，對風機震動的分析有直接作用；（7）風力數(shù)據(jù)和向量的風圖譜。2.海上項目應(yīng)用（1）海上風場前期評估階段的測風工作，在國外通常是和測風塔配合使用，提高測量的準確性和真實性；（2）替代海上測風塔而進行風電場預(yù)評估；（3）海上風機的發(fā)電量驗證；（4）臺風對海上風機影響的研究。3.風機制造商及風電場運維業(yè)主應(yīng)用（1）風機功率曲線測量；（2）對樣機的功率曲線的確定；（3）對已建成風場中風機的功率曲線進行驗證，計算風電場發(fā)電量。（4）風機偏航傳感器（機艙風速計）準確性校準，可以找出測量風速和真實風速之間的關(guān)系，改進控制算法。（5）測量風力的垂直資料和紊流用于風機的震動分析，提高風機效率和安全性，地址適合性評估。六、參與調(diào)研的廠家及設(shè)備參數(shù)對比參與此次調(diào)研的設(shè)備供應(yīng)廠家及設(shè)備型號有：北京東榮盛世科技有限公司的“WDR激光雷達”，北京萊維塞爾科技有限公司的“WindcubeV2激光雷達測風儀”，北京瑞科同創(chuàng)能源科技有限公司的“B300激光雷達”、“AQ510聲雷達”，深圳市力和機電設(shè)備有限公司的“短距Galion雷達”。北京東榮盛世科技有限公司，2006年03月成立，注冊資本1000萬元。主要從事新能源領(lǐng)域風能、太陽能等前期測量工作，擁有風能測量系統(tǒng)、風資源前期評估系統(tǒng)、太陽能輻射測量系統(tǒng)。其公司先后為“金風科技、河北建投新能源、中水顧問集團、國華能源、大唐能源、中國華電、國電集團、湘電新能源、中水建設(shè)集團、等企業(yè)提供系統(tǒng)測量方案。北京萊維塞爾科技有限公司，2003年02月成立，注冊資本1100萬元。業(yè)務(wù)范圍涉及風電場前期陸上測風、海上測風、Windcube激光雷達測風系統(tǒng)、太陽能光伏測量、風電場風資源實時傳輸系統(tǒng)、陸上、海上風電功率預(yù)測、等。其與新疆金風科技有限公司、中國電力科學研究院、華銳風電科技（集團）股份有限公司、蘭州蘭電電機有限公司、國電山東電力有限公司、三一電氣股份有限公司、中國氣象局、遠景能源、中廣核華南分公司、遠景能源等國內(nèi)外企業(yè)均有合作和業(yè)務(wù)關(guān)系。北京瑞科同創(chuàng)能源科技有限公司，2011年11月成立，注冊資本1500萬元。是一家為新能源（風力發(fā)電和太陽能發(fā)電）、氣象科研領(lǐng)域提供產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)的技術(shù)公司。瑞科科技主要為新能源投資商提供風能資源觀測與評估、太陽能資源觀測與評估、風電項目咨詢、太陽能項目咨詢等服務(wù)。其與三峽、華能、大唐、華電、中電投、中廣核、中核、華潤、英利、中國氣象局以及各大電力設(shè)計院等單位有業(yè)務(wù)和合作關(guān)系。深圳市力和機電設(shè)備有限公司，2002年11月成立，注冊資本1000萬元。主營美國NRG測風設(shè)備、英國Sgurr公司Galion激光雷達設(shè)備、挪威AADI海洋測量專業(yè)設(shè)備、荷蘭iBOX風場實時監(jiān)控系統(tǒng)（可按需定制）、英國GILL超聲波傳感器設(shè)備及系統(tǒng)配套、美國NK手持氣象儀等專業(yè)風電及氣象設(shè)備。主要設(shè)備參數(shù)如下：型型號參數(shù)WDR激光雷達WindcubeV2激光雷達測風儀B300（牧鐳）激光雷達短距Galion雷達AQ510聲雷達設(shè)備來源國產(chǎn)(東榮盛世研發(fā))法國進口(萊維賽爾代理)國產(chǎn)(瑞科及中科院合作研發(fā))英國進口（深圳力和代理）瑞典進口（瑞科代理）測量高度范圍30m-300m40m-290m40m-300m（可拓展至1km）0m-250m40m-200m數(shù)據(jù)采樣頻率3s-10min可設(shè)置1s1s//自定義高度層數(shù)12（可設(shè)置）12121533探測間距20m/30m/可設(shè)置//24m/風速分辨率0.2m/s0.1m/s0.1m/s/±2%風速量范圍0-50m/s0-80m/s0-75m/s0m/sto>70m/s0-30m/s風向分辨率1°1°1°//風向范圍0°-360°0°-360°0°-360°0°-360°/功率消耗50W（額定）100W（峰值）45W/130W15W溫度范圍-30°C-+55°C-45°C-+50°C-40℃-+50℃‐15°C-+35°C-40-60℃濕度范圍0%-100%RH0%-100%RH0-100%RH0%to100%0-100%RH防護等級IP65IP67///激光輻射1MIEC/EN60825-1(人眼安全)////機器大小600x520x550mm685x745x685mm500x370x600mm820x530x670mm/機器重量50kg66kg50kg85kg/數(shù)據(jù)刷新率3s～10min可設(shè)置////電源24VDC18-32DC/100-230VAC50-60Hz/24VDC/數(shù)據(jù)傳輸方式GSM/LAN/TCP-IPLAN/USB/3G/以太網(wǎng)/衛(wèi)星/以太網(wǎng)和GSM/GPRS/Edge或通過USB端口或以太網(wǎng)端口GPRS，衛(wèi)星驗證及檢驗報告形式白城兵器實驗中心氣象測試計量站報告丹麥RISO實驗室評估報告、德國Windguard評估機構(gòu)認證、DEWI實驗室LIDARcomparison認證、GarradHassan/DanJaynes電力公司認證、AWSTruewind公司認證國際WINDGUARD認證、中國氣象局認證、武器裝備質(zhì)量管理體系認證證書/DNV-GL測試報告、德國ECOFYS測試報告、德國BBB測試報告七、銷售報價（單位：萬元）型型號費用類型WDR激光雷達WindcubeV2激光雷達測風儀B300（牧鐳）激光雷達AQ510聲雷達短距Galion雷達激光雷達設(shè)備費8013410873.5只提供租賃服務(wù)，租憑費用是110000元/每月，租3個月以上是100000元/每月，不包含運費（按具體項目地點），供電費用（可接市電），看護費。供電系統(tǒng)4.53.52.2(風光互補)/7（燃料電池）2.2(風光互補)/7（燃料電池）運輸費及搬運費1///安裝調(diào)試費0.8///基礎(chǔ)施工費0.3///圍欄防護裝置0.3/0.80.8PWLSPTU（溫濕壓傳感器模塊）/1.6//SDELWLSSETUP02（首次安裝調(diào)試及培訓）/0.8//數(shù)據(jù)管理技術(shù)服務(wù)//1.21.2合計86.9139.9119.284.7優(yōu)惠后價格86.9138119.284.7八、結(jié)論1.通過此次調(diào)研及同金風等風機廠家私下的溝通來看，目前激光測風雷達在市場上占有主導地位，聲波測風雷達作為近年來新出現(xiàn)的技術(shù)，雖然在整體性能上能夠到達與激光雷達相媲美的程度，但是過低的業(yè)績與缺乏驗證使得聲波雷達本身的市場認可率較低，但是聲波雷達本身的采購價格也更低。2.調(diào)研的多款產(chǎn)品中除東榮盛世的WDR雷達認證較少、深圳力和未提供認證報告外，萊維賽爾及瑞科的代理產(chǎn)品均提