测风技术及数据处理方法探析

测风技术包括风数据测取及风数据处理。风数据来自风场附近气象站长期测风及风场测风。风数据有年平均风速、月平均风速、逐小时风速、风向、最大风速、极大风速、气温、气压、积冰、冻土、积雪、侵蚀等。

1.风数据测取

（1）风场附近气象站。它应具备各种测量仪器，例如测风仪、温度计、气压表、气象观察点等。每天定时、定点作好记录。一般是在10～70m高测风塔测风速。测风塔坐标为北纬、东经、海拔，塔高70m，分别在10m、30m、50m、60m、70m五个不同高度上安装了风速传感器，在10m、70m的位置安装了风向标，在10m处安装了温度传感器，在7m处安装了压力传感器。测风系统选的是美国NRG测风设备。风速传感器在安装前，经过国家气象计量站标定。图12-9示出风电场实测风速、风功率密度。这是风电场实测年，在70m高度测得的风速和风功率密度1月份和2月份日变化曲线图。

（2）风电场。由风电场测风塔所测取的风数据，订正前后年平均风速和年风功率密度对比见表12-4。

风电场风能资源初步结论：

1）拟选风电场场址地区

① 代表10m高度年平均风速为2.30m/s，年平均风功率密度为169.3W/m²。

② 代表30m高度年平均风速为3.85m/s，年平均风功率密度为198.6W/m²。

③ 代表50m高度年平均风速为4.65m/s，年平均风功率密度为224.1W/m²。

④ 代表60m高度年平均风速为5.25m/s，年平均风功率密度为263.2W/m²。

⑤ 代表70m高度年平均风速为6.90m/s，年平均风功率密度为382.5W/m²。

图12-9 风电场实测风速、风功率密度

a）1月份日变化曲线 b）2月份日变化曲线

表12-4数据订正前后年平均风速和年风功率密度对比(www.xing528.com)

按GB/T18710—2002风功率密度等级表标准达到3级以上，属于风能资源较好地区。

2）风电场场址内测风塔70m高度全年主导风向为W～NW之间，占36.6%；全年风能密度方向分布为W～NW之间，占54.3%。

3）风电场场址区各高度湍流强度在0.09～0.11之间，60～70m的风切变指数为0.074，现场空气密度为1.058kg/m³。

4）代表年70m高度3～20m/s有效风时为6332h，风能的众值分布在5～15m/s风速之间，占全年风能分布的72.4%；风电场60m高度50年一遇最大风速为20.3m/s。场址无破坏风速，大多数情况风速处于可利用区域。

2.风数据处理

风数据处理包括数据验证、数据订正、数据处理。

（1）数据验证。这是检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行判断，检验出不合理的数据和缺测的数据；经过处理，整理出至少连续一年完整的风场逐小时测风数据。

（2）数据订正。这是根据风场附近长期测站的观察数据，将验正后的风场测风数据，订正为一套反映风场长期平均水平的代表数据，即风场测风高度上代表年的逐小时风速风向数据。数据订正方法如下：

1）作风场测站与对应年份的长期测站各风向象限的风速相关曲线。某一风向象限内风速相关曲线的具体作法是：建一直角坐标系，横坐标轴为长期测站风速，纵坐标轴为风场测站的风速。取风场测站在该象限内的某一风速值（某一风速值在一个风向象限内一般有许多个，分别出现在不同时刻）为纵坐标。找出长期测站各对应时刻的风速值（这些风速值不一定相同，风向也不一定与风场测站相对应），求其平均值作为横坐标，即可定出相关曲线的一个点。对风场测站在该象限内的其余每一个风速重复上述过程，就可作出这一象限内的风速相关曲线。对其余各象限重复上述过程，可获得16个风场测站与长期测站的风速相关曲线。

2）对每个风速相关曲线，在横坐标轴上标明长期测站多年的年平均风速，以及与风场测站观测同期的长期测站的年平均风速；然后在纵坐标轴上找到对应的风场测站的两个风速值，并求出这两个风速值的代数差值（共有16个代数差值）。

3）风场测站数据的各个风向象限内的每个风速，都加上对应的风速代数差值，即可获得订正后的风场测站风速风向资料。

（3）数据处理。将订正后的数据处理成评估风场风能资源所需要的各种参数，包括不同时段的平均风速、风功率密度、风速和风能频率分布、风向频率及风能密度方向分布、风切变指数、湍流强度等。