风电场风能资源评估

1.风电场测风装置

风电场附近有3个测风塔，测风设备采用美国的NRG测风仪，各测风塔的位置及配置见表3-1。其中2#测风塔位于风电场内中部，塔高70m，在10m和70m高度分别安装了风向标，在10m、30m、50m、70m高度分别安装了风速仪，70m高度安装了两套测风仪，7m高度分别安装气温测量仪和气压测量仪各一套。3#测风塔位于风电场区域外北部，塔高50m，在10m和50m高度分别安装了风向标，10m、30m和50m高度分别安装了风速仪，50m高度安装了两套测风仪。1#测风塔位于风电场区域外西部，塔高50m，10m和50m高度分别安装了风向标，在10m、30m、50m高度分别安装了风速仪，50m高度安装了两套测风仪。测风仪均经过标定，测风数据完整性和可靠性均有较好的保证。

表3-1 各测风塔的位置及配置

2.测风数据整理

根据《风电场风能资源评估方法》（GB/T 18710—2002）标准的要求，从各塔的测量参数测量范围合理性、完整性及测量参数合理变化趋势等方面分别对原始测风数据进行分析验证。

（1）测风数据合理性、合理相关性和合理变化趋势检验 选取各个测风塔一年的实测数据分析风能资源。对1#、2#、3#塔的不同高度数据合理性进行检验。根据GB/T 18710—2002标准，将各测点主要参数的不合理数据统计列于表3-2。

经检验，各个塔的风速、风向测量值均在合理范围内；各个塔的小时平均风速趋势性不合理数据约占总数据的比重<0.6%；1#、2#、3#塔风速相关性不合理数据占总测试次数的比重分别为3.5%、0.9%、2.9%；各个塔风向相关性不合理数据占总数据的比重偏高：1#塔为5.8%，2#塔为3.6%，3#塔为1.6%，主要原因是下层风向变化频繁所致；2#塔气温、气压测量值的趋势性不合理数据约占总数据的比重为0.1%，1#、3#塔未设气温、气压测量仪。数据的合理性、合理趋势性和合理相关性均较好。

（2）缺测和不合理数据的处理 检查风电场测风塔原始数据，对其进行完

表3-2 实测不合理数据统计表

注：“比例”为不合理数据次数占总测量次数的百分数。

整性和合理性分析，检验出缺测的数据和不合理的数据，经过适当处理，整理出一套连续一年完整的风电场逐小时测风数据。方法如下：

1）通过对测风塔的不同高度同一时刻的风速、风向资料进行分析，并参考其他测风塔的相关数据，对不合理数据再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。

2）缺测数据处理：采用相邻测风塔的相同高度半年的数据进行相关分析，并与相邻测风塔的数据进行相关差补得到缺测时段数据。

3）相关性不合理数据处理：分析各个塔的不同高度实测风速变化趋势，采用各个塔实测风切变幂律公式进行计算，用计算结果替换各个高度风速相关性不合理数据。通过对比同一测风塔的不同高度风向、相邻测风塔风向，综合分析后，替换风向相关性不合理数据。

4）不合理气温、气压数据处理：通过分析实测气温、气压过程线，对比所在地区气象站相应观测资料，替换气温、气压趋势性不合理数据。

（3）测风数据完整率《风电场风能资源评估方法》中要求现场连续测风的时间不应少于一年，且测风有效数据的完整率应达到90%。风电场测风数据完整率按下式计算：有效数据完整率=（应测数目-缺测数目-无效数据数目）/应测数目×100%式中，应测数目表示测量期间的小时数；缺测数目表示没有记录到的小时平均值数目；无效数据数目表示确认为不合理的小时平均值数目。

本次选择各个塔测风数据相对完整，1#、2#、3#塔的总测量数据完整率分别为98.6%、99.2%和99.4%。1#、2#、3#塔的数据均符合《风电场风能资源测量方法》（GB/T 18709—2002）标准中关于测风有效数据完整率在90%以上的要求。

3.测风年风速、风向统计

各测风塔的不同高度平均风速和风功率密度年变化见表3-3、表3-4、表3-5。由表可以看出，风电场实测年10m高度平均风速为5.97～6.43m/s，相应的年平均风功率密度为212～257W/m²；50m高度平均风速为7.39～7.79m/s，相应的年平均风功率密度为364～403W/m²。

对比分析各个塔的不同高度风速和风功率密度年变化和日变化规律，由图3-2可见，各个塔的不同高度风速、风功率密度年变化趋势基本一致。

表3-3 1#测风塔数据

（续）

表3-4 2#测风塔数据

表3-5 3#测风塔数据

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（续）

图3-2 1#、2#、3#测风塔在不同高度时的年、日风速和风功率变化曲线

图3-2 1#、2#、3#测风塔在不同高度时的年、日风速和风功率变化曲线（续）

图3-2 1#、2#、3#测风塔在不同高度时的年、日风速和风功率变化曲线（续）

各个塔的不同高度风速和风功率密度总体为8∶00～20∶00时大，21∶00～7∶00时小；各个塔的两个时段风速和风功率密度的差值随着高度的增加而减小，数据见表3-6。1#～3#塔在不同高度实测年各风向年平均风速见表3-7。

表3-6 1#、2#、3#塔风速和风功率日变化对比表

（续）

表3-7 1#～3#塔实测年各风向年平均风速（%）

4.各风向频率、各风向平均风速和风能密度的方向分布

从表3-8和表3-9中可见：1#、3#塔50m高全年主导风向均为W，频率为16.78%和14.87%；2#塔70m高全年主导风向为SW，频率为11.8%。1#～3#塔风能密度分布最大方向分别为WSW、NW、W，比重为18.3%、18.3%、19.4%；风能密度分布次大方向分别为W、WNW、NW，比重分别为16.4%、18.1%、14.1%。

1#塔50m高度风向分布较大的三个扇区为W、SW、WSW，三扇区风向分布所占比重之和为42.4%，风功率密度分布较大的三个扇区为WSW、W、WNW，三扇区风能分布所占比重之和为46.0%；2#塔70m高度风向分布较大的三个扇区为SW、SSW、WNW，三扇区风向所占比重之和为34.14%，风功率密度分布较大的三个扇区为NW、WNW和W，三扇区所占比重之和为51.6%；3#塔50m高度风向分布较大的三个扇区为W、WNW和NW，三扇区所占比重之和为34.7%，3#塔50m高度风能分布较大的三个扇区为W、NW和WNW，三扇区所占比重之和为46.8%。

统计2#测风塔70m高度逐月各风向、风能频率的方向分布，11月～6月风向风功率密度主要集中在WNW、NW扇区出现，7月～10月风速风功率密度主要集中在S、SSW扇区出现，季节性变化明显。

表3-8 1#～3#塔实测年风向频率方向分布（%）

表3-9 1#～3#塔实测年风能密度方向分布（%）

5.结论

1、2#塔代表年50m、65m、70m、80m、85m高度的全年平均风速分别为7.62m/s、7.86m/s、7.93m/s、8.06m/s、8.11m/s；相应的风功率密度分别为379W/m²、417W/m²、428W/m²、449W/m²、458W/m²。根据GB/T 18710—2002标准中“风功率密度等级表”（见表3-10），50m离地高度3级风电场风能密度为300～400W/m²，相应参考平均风速为7.0m/s。可以判断本风电场风功率密度等级为3级，风能资源丰富，具有较高的开发价值。

表3-10 风功率密度等级表

注：1.不同高度年平均风速参考值是按风切变指数为1/7幂指数定律推算的。

2.与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值按海平面标准大气压及风速频率符合瑞利分布推算。