场址风条件评估及误差估计方法

安装风力机之前，必须评估特定场址的各种条件。对环境、电气和土壤性能要进行评估，确认比风力机设计时假定的场址条件要好。如果场址条件比假设的恶劣，就必须论证工程的完整性。环境条件包括：温度、结冰、湿度、太阳辐射、侵蚀条件和可能发生的地震。

风条件是通过附近气象站现场标准和规范的长期测得的数据来进行评估的。在一些地方，场址条件与当地气象站的长期测量数据相关。测量时间必须足够长以保证获得至少6个月的可靠数据。季节变化对风条件有很大的影响，因此测量期应该包含了这些因素。

U₁₀和σ_U两个变量是现有描述风速模型的基本参数。风速测量的估计建立了确定这两个参数最常用的方法。U₁₀和σ_U都是10min参考时间内的值，σ₁₀是10min平均风速，而σ_U是10min风速的标准偏差。必须注意，如果风速测量的时间间隔不是10min，那么这个时间段的平均风速和标准偏差就需要转换成10min时段的值。下面的近似式可用来把测量时间为T的平均风速U_T转换成10min平均风速U₁₀：

上式中T的单位为min。请参考Gran（1992）和DNV（1998）的相关研究。

如果测量时间段T少于10min，风速的标准偏差测量值会比广泛采用的σ_U值小。

下面的近似式用来把测量时间为T的风速标准偏差σ_U，T转换成10min标准偏差σ_U：

上式中T的单位为min。对T＜10min，上式有效。对于T＞10min的情况，则上式变为

如3.1.1节描述的那样，10min平均风速U₁₀的长期分布可以用威布尔分布来表示，即

对于特定位置而言，分布参数A和k可以通过风速测量来估计。

湍流强度的特征值通过增加测量湍流强度标准偏差估计其平均值来确定。如果一个风电场中安装了几台风力机，周围风力机的影响必须加以考虑。

对气候测量数据的处理程序，请参考欧洲风谱（European Wind Atlas）。(www.xing528.com)

对于一些不同方向有不同风特征的地貌，必须考虑在不同的方向采用不同的U₁₀和σ_U分布模型。沿海位置就是这种现象最好的例子，因为风从海面上吹来时有一个分布模型，而当风从陆地上吹向海洋时又有另一个分布模型。当这两个方向上的分布结合成一个无条件的长期分布时，有可能会出现一个双峰分布，可以通过双威布尔分布来表示。

特定位置的载荷可以由特定位置的风条件导出，这些风条件可以用WAsP Engineering来模拟。WAsP（风谱分析及应用程序）是一种预测中等复杂地形中风特性的方法，这些风特性与风力机和其他大型结构的载荷有关，参见网址www.wasp.dk。对于详细的风力机选址，WAsP允许考虑模型的复杂性，包括地形不同、障碍物屏蔽以及地形高度的差异。这种方法基于附着流理论，对于特定场址，预测包括如下事项：

1）风切变和风廓线；

2）极端风速；

3）湍流。

如果给定场址的地形和粗糙度的变化数据具备，而且总体气候特征相同的参考场址的风资源数据具备，那么就可以进行上述预测了。山丘上的平均风速相对于平坦地形将会大量增加，山丘上的极端风速也会相应提高，山丘也会影响到湍流结构。典型地，平均风速方向的湍流会削弱，而垂直方向的湍流会放大。如果山丘坡度超过30°，分离通常会出现，附着流假设不再成立。

在非常复杂的山脉地形情况下，WAsP的预测准确度可以通过所谓的RIX数来评估。RIX数是一个特定位置的险峻度指标，定义为比临界坡度更陡峭的地形的百分比。典型的临界坡度选为30°的分离坡度。RIX数可以通过具有足够代表性的等高线地形图来估计。RIX数是一种粗糙的反映气流分离程度的手段，也就是反映超过WAsP要求的地形含量，WAsP要求四周地形应足够和缓平坦以保证大部分都是附着流。WAsP的适用范围相应于RIX≈0%。请参考Mortensen和Petersen（1997）的相关研究。

如果预测场址的险峻程度比参考场址高，由WAsP得到的预测场址风速将会过高。同样，如果预测场址的险峻程度比参考场址低，由WAsP得到的预测场址风速将会过低。两个场址之间RIX数的差值大致反映了问题的严重性，并可以利用它来估计预测误差的幅值和符号。作为一种经验准则，如果预测场址和参考场址之间RIX数的差异为ΔRIX，风速相对预测误差的近似幅值就是2ΔRIX。例如，如果RIX_predication=20%以及RIX_reference=10%，那么ΔRIX=20%-10%=10%，则预测风速总的相对误差大约为2×10%=20%。

注意，倘若实际场址和参考场址之间的RIX数差异很小、地形数据恰当并且可靠，那么WAsP Engineering可以在其适用范围外给出精确的结果。