发电设备(2009No.5)风电场风能资源评估收稿日期:2009-05-10作者简介:魏子杰(1973),男,工程师,主要从事电站动力设备的开发技术工作。

新能源风电场风能资源评估魏子杰, 段宇平(中能电力科技开发有限公司,北京100034)摘 要:结合甘肃省玉门市低窝铺二期风电场工程对测风资料进行了分析,得出1年中各月份的平均风速,10m 高及70m 高处各等级风速的百分比,风向分布等,可得出主风向、年风功率密度及年风能可利用小时数,从而实现对风能资源的精确评估。

关键词:风电场;风能资源;有效风速;年可利用小时中图分类号:T M 614 文献标识码:A 文章编号:1671-086X(2009)05-0376-03Wind Energy Resource Assessment for Wind FarmWEI Z-i jie, D UA N Yu -ping(Z hong N eng Power -Tech D evelopment Co.,Ltd.,Beijing 100034,China)Abstract:By a na ly zing the w ind me asur eme nt data o f G ansu Y umen D iw opu se cond -phase w ind f ar m pr o ject,the mo nthly ave ra ge w ind speed in a ye ar ,the perce nt age o f w ind spe ed a t v ar io us scales at heig ht 10m and 70m as w ell as specific air dir ection distribution ar e o btained,thus the main wind dir ection,annual wind pow er density and applica ble ho ur s o f annual w ind ener gy can be estimate d.T his m akes it po ssible to per fo rm accur ate a ssessment fo r the wind e ne rg y r eso ur ce.Keywords:w ind f arm ;w ind energ y r eso ur ce;e ff ectiv e w ind speed;annual a pplicable hour风电是绿色可再生能源,发展风电是实施能源可持续发展战略的重要措施。

我国目前正在大力加快风电建设。

甘肃省玉门市有着较为丰富的风力资源,具备规模开发、商业化运营条件。

风能资源的评估是风电场建设成败的关键。

本文在玉门气象站测风数据的基础上对低窝铺的风能资源进行了评估[110]。

1 风电场概况玉门市位于昌马河冲积扇地带,扇腰以上为戈壁,以下为绿洲。

该地区属典型的温带大陆性气候,昼夜温差大,降水量小,蒸发量大;地势自东南向西北倾斜,形成两山夹一谷的地形,成为东西风的通道。

由于大气环流和特殊地形等原因,该地区风能资源丰富,全市风能资源理论储量约3.0@107kW 。

低窝铺风电场二期位于甘肃省酒泉地区玉门市玉门镇西南约15km,分布在低窝铺风电场一期的东西两侧。

地势平坦,场地开阔,地势总体为西南高、东北低,海拔1556~1620m,地形起伏不大。

2 测风数据来源玉门气象站位于风电场的东北方向约12km ,是距风电场最近的气象站,属于国家基本气象站。

目前,采用经国家鉴定的上海气象仪器厂生产的EL 型电接风向风速仪,安装高度为10.6m 。

该站具有30年以上各气象要素的长期观测资料可作比对。

业主单位甘肃洁源风电公司提供了3座测风塔的数据,由于2号、3号测风塔现场采集的测量数据完整率低于98%,不符合5风#376#风电场风能资源评估发电设备(2009No.5)电场风能资源测量方法6的规定,故选用1号测风塔的测量数据作为分析依据。

1号测风塔塔高70m,分别在塔的10m、25m、50m、60m和70m处安装测风仪测风,时间段为2005年1月1日至2005年12月31日。

3测风背景分析气象站45年(19612005年)年平均风速3.8m/s;30年(19762005年)年平均风速3.5m/s;20年(19862005年)年平均风速3.2m/s;10年(19962005年)年平均风速3.0m/s;气象站2005年年平均风速2.9m/s。

多年平均风速年内变化的规律是一致的,都表现为:7~9月平均风速较小,4月平均风速较大。

这表明该地区全年的风速有明显的季节性变化,此测风数据可以代表本地区长期气候特征。

2005年月平均风速变化总体趋势与多年月平均风速变化基本一致。

气象站与风电场场区距离较近,地势平坦无任何大尺度阻碍,海拔相差50m,地貌一致。

气象站多年主导风向为E和W,统计气象站2005年风向频率,主导风向为E和W,占全年的34%;同时这两个扇区也是主风能方向,占全年的63%;与测风塔同期数据统计结果一致,且与气象站多年统计资料相同,这表明两地风况基本相同。

4风能资源计算与分析4.1各月及年平均风速表1为低窝铺二期风电场2005年112月及年平均风速及玉门气象站的风速。

表1玉门市低窝铺二期风电场2005年1)12月平均风速月份风速/(m#s-1)测风塔高70m测风塔高10m玉门气象站17.8 6.01 3.128.9 6.95 3.738.87 3.748.3 6.94 3.75 6.9 5.74 2.367.3 6.03 2.577.6 6.25 2.387.7 6.33 2.297.6 6.12 2.4 10 6.9 5.66 3.6 118.2 6.39 3.1 128.3 6.07 2.9年平均7.86 6.29 2.9由表1可知,测风塔70m和10m高度的年平均风速分别为7.86m/s和6.29m/s,玉门气象站同期的年平均风速为2.9m/s。

全年中2月风速为全年最大值,至4月开始降低,7月和11月略有升高又有所下降,这个规律历年基本相同。

平均风速随测风高度的增高而增大,10~70m 平均风速增大1.57m/s。

4.2风速百分比分布统计得到10m和70m测点各等级风速百分比分布见表2。

在测风塔高70m处,7m/s风速出现频率最大,占10%;在测风塔高10m处,6 m/s风速出现频率最大,占16%。

表2风电场各测点风速百分比分布风速/(m#s-1)数值/%70m高50m高02112224536948115914691671013899996风速/(m#s-1)数值/%70m高50m高10941173126213411431152116101710180019004.3风向分布风向分布可以确定主导风向,是反映风向稳定的指标,风向稳定有利于提高发电量和保护风机,对风电场机组位置的排列起到关键作用。

测风点的风向分布见表3。

两处测风点主导风向均为E、W,且这两个扇区呈180b,十分有利于机组排布。

表32005年1号测风塔风向百分比分布扇区数值/%70m高50m高N11NNE12NE34E NE914E2316ES E97SE23SSE12扇区数值/%70m高50m高S12SS W37S W49WSW1011W2014WNW85NW22NNW21#377#发电设备(2009No.5)风电场风能资源评估4.4平均风速的日变化由1号测风塔70m和10m高处日平均风速统计可知:70m高度12时后风速增大,16时风速达到全天的最高值,之后开始回落;10m高度由于受到地面辐射的影响,9时以后风速增大, 16时风速达到全天的最高值,之后开始回落。

4.5风速随高度的变化在近地层中风速随高度有显著的变化,切变指数表示风速在垂直于风向平面内的变化,其大小反映风速随高度增加的快慢。

本风场切变计算结果见表4。

经曲线拟合得出,风电场切变指数为0.137。

塔高70m处的年平均风速是塔高10m处的1.25倍。

表41号测风塔切变值统计表项目数值测风高度/m7060502510年平均风速/m#s-17.867.297.46 6.56 6.29 10m与各高度切变0.140.120.150.13-25m与各高度切变0.150.120.19--50m与各高度切变0.06-0.13---60m与各高度切变0.29---4.6风速频率Weibull分布参数风频曲线是设计风电场的重要依据,风速的分布是通过风频曲线来描述的。

用Weibull模型拟合各测风点的风速频率分布,计算得出低窝铺二期风电场各测点的尺度参数A值和形状参数K值(见表5)。

表5风电场各测点的A、K参数测风点尺寸参数A形状参数K70m高9.0 2.3510m高7.1 2.194.7年风功率密度、风能可利用小时数通过对风电场测风数据的分析处理,采用参考气象站长系列资料评价,该实测年风资源数据的代表性,并推算代表年各风能要素,代表年70 m高平均风速和风功率密度分别为7.86m/s和417W/m2,代表年10m高平均风速和风功率密度分别为6.29m/s和214W/m2;代表年70m 高和10m高度3~25m/s有效风速风能可利用小时数分别达到8118h和8017h,代表年70m 高和10m高度4~25m/s有效风速风能可利用小时数分别达到7577h和7256h。

4.8风向风能分布70m主风向和主风能方向都是E和W,风向占全年的43%,风能占全年的58%;10m主风向和主风能方向都是E和W,风向占全年的30%,风能占全年的58%。

5结语对风能资源进行精确的评估直接关系到风电场效益,是风电场建设成功与否的关键。

通过对低窝铺二期风电场风能资源1年的测试数据进行计算分析可以得出,70m高度年平均风速和风功率密度分别为7.86m/s和417W/m2,4~25m/s 有效风速风能年可利用小时数达到7577h;10m 高平均风速和风功率密度分别为6.29m/s和214 W/m2,4~25m/s有效风速风能年可利用小时数达到7256h,风功率密度等级为4级。

E和W为主风向,同时也是能量最多的方向,有利于风电机组布局。

总之,低窝铺二期风电场规划区域属于风能资源较丰富区,具有开发价值。

参考文献:[1]薛桁,朱兆瑞,杨振斌,等.中国风能资源储量估算[J].太阳能学报.2001,22(2):167-170.[2]朱兆瑞.风能计算和我国风能分布[M].北京:气象出版社,1980.[3]宫靖远,贺德馨,孙如林,等.风电场工程技术手册[M].北京:机械工业出版社,2004.[4]丁明,吴义纯,张立军.风电场风速概率分布参数计算方法的研究[J].中国电机工程学报,2005,25(10):107-110.[5]刘晓燕,徐卫民,贺志明.老爷庙风电场风能资源评价[J].江西能源,2003,23(4):22,28-31.[6]包能胜,刘军峰,倪维斗,等.新疆达坂城风电场风能资源特性分析[J].太阳能学报,2006,27(11):1073-1077.[7]张智,林莉,梁旭.贺兰山风电场风能资源特性分析研究[J].宁夏工程技术,2008,7(2):101-103.[8]洪祖兰.风电场选址阶段风能参数估算方法[J].云南水力发电,2007,23(1):30-32.[9]连捷.广东南澳风电场风能资源评价[J].电力勘测,2001(2):61-64.[10]齐丽丽,袁国恩.尖山子风电场风能资源评价[J].可再生能源,2003(5):39-41.# 378 #。