風電場風能資源評估方法（GB/T 18710-2002）

　　1范圍

　　本標準規(guī)定了評估風能資源應收集的氣象數(shù)據(jù)、測風數(shù)據(jù)的處理及主要參數(shù)的計算方法、風功率密度的分級、評估風能資源的參考判據(jù)、風能資源評估報告的內容和格式本標準適用于風電場風能資源評估。

　　2引用標準

　　下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。

　　GB/T 18709-2002風電場風能資源測量方法

　　3定義

　　本標準采用下列定義。

　　3.1風場wind site

　　擬進行風能資源開發(fā)利用的場地、區(qū)域或范圍。

　　3.2風電場wind farm

　　由一批風力發(fā)電機組或風力發(fā)電機組群組成的電站。

　　3.3風功率密度wind power density

　　與風向垂直的單位面積中風所具有的功率。

　　3.4風能密度wind energy density

　　在設定時段與風向垂直的單位面積中風所具有的能量。

　　3.5風速wind speed

　　空間特定點的風速為該點周圍氣體微團的移動速度。

　　3.6平均風速average wind speed

　　給定時間內瞬時風速的平均值，給定時間從幾秒到數(shù)年不等

　　3.7最大風速maximum wind speed

　　10 min平均風速的最大值。

　　3.8極大風速extreme wind speed

　　瞬時風速的最大值。

　　3.9風速分布wind speed distribution

　　用于描述連續(xù)時限內風速概率分布的分布函數(shù)。

　　3.10威布爾分布Weibulldistribution

　　經常用于風速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于兩個參數(shù)，控制分布寬度的形狀參數(shù)和控制平均風速分布的尺度參數(shù)。

　　3.11瑞利分布Rayleigh distribution

　　經常用于風速的概率分布函數(shù).分布函數(shù)取決于一個調節(jié)參數(shù)，即控制平均風速分布的尺度參數(shù)。

　　注:瑞利分布是形狀參數(shù)等于2的威布爾分布。

　　3.12日變化diurnalvariation

　　以日為基數(shù)發(fā)生的變化。月或年的風速(或風功率密度)日變化是求出一個月或一年內。每日同一鐘點風速的月平均值或年平均值，得到。點到23點的風速(或風功率密度)變化。

　　3.13年變化annual variation

　　以年為基數(shù)發(fā)生的變化。風速(或風功率密度)年變化是從1月到12月的月平均風速(或風功率密度)變化。

　　3.14年際變化interannualvariation

　　以30年為基數(shù)發(fā)生的變化。風速年際變化是從第1年到第30年的年平均風速變化。

　　3.15風切變windshear

　　風速在垂直于風向平面內的變化。

　　3.16風切變冪律power law for wind shear

　　表示風速隨離地面高度以冪定律關系變化的數(shù)學式。

　　3.17風切變指數(shù)wind shear exponent

　　通常用于描述風速剖面線形狀的冪定律指數(shù)。

　　3.18湍流強度turbulence intensity

　　風速的標準偏差與平均風速的比率。用同一組測量數(shù)據(jù)和規(guī)定的周期進行計算。

　　3.19輪毅高度hub height

　　從地面到風輪掃掠面中心的高度。

　　4測風數(shù)據(jù)要求

　　4.1風場附近氣象站、海洋站等長期測站的測風數(shù)據(jù)

　　4.1.1在收集長期測站的測風數(shù)據(jù)時應對站址現(xiàn)狀和過去的變化情況進行考察，包括觀測記錄數(shù)據(jù)的測風儀型號、安裝高度和周圍障礙物情況(如樹木和建筑物的高度，與測風桿的距離等)，以及建站以來站址、測風儀器及其安裝位T.周圍環(huán)境變動的時間和情況等。

　　注：氣象部門和海洋站保存有規(guī)范的測風記錄標準觀測高度距離地面10m。1970年以后主要采用EL自記風速儀，以正點前10mm測量的風速平均值代表這一個小時的平均風速。年平均風速是全年逐小時風速的平均值。

　　4.1.2應收集長期測站以下數(shù)據(jù)：

　　a)有代表性的連續(xù)30年的逐年平均風速和各月平均風速。

　　注：應分析由于氣象站的各種變化對風速記錄數(shù)據(jù)的影響。

　　b)與風場測站同期的逐小時風速和風向數(shù)據(jù)。

　　c)累年平均氣溫和氣壓數(shù)據(jù)。

　　d)建站以來記錄到的最大風速、極大風速及其發(fā)生的時間和風向、極端氣溫、每年出現(xiàn)雷暴日數(shù)、積冰日數(shù)、凍土深度、積雪深度和侵蝕條件(沙塵、鹽霧)等。

　　注：本標準中逐小時風速、風向、溫度和氣壓數(shù)據(jù)分別是每個小時的平均風速、出現(xiàn)頻率最大的風向平均溫度和平均氣壓。

　　4.2風場測風數(shù)據(jù)

　　應按照GB/T 18709的規(guī)定進行側風，獲取風場的風速、風向、氣溫、氣壓和標準偏差的實測時間序列數(shù)據(jù)，極大風速及其風向。

　　5測風數(shù)據(jù)處理

　　5.1總則

　　測風數(shù)據(jù)處理包括對數(shù)據(jù)的驗證、訂正，并計算評估風能資源所需要的參數(shù)。

　　5.2數(shù)據(jù)驗證

　　5.2.1目的

　　數(shù)據(jù)驗證是檢查風場測風獲得的原始數(shù)據(jù)，對其完整性和合理性進行判斷，檢驗出不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)，經過處理，整理出至少連續(xù)一年完整的風場逐小時測風數(shù)據(jù)。

　　5.2.2數(shù)據(jù)檢驗

　　5.2.2.1完整性檢驗

　　a)數(shù)量：數(shù)據(jù)數(shù)量應等于預期記錄的數(shù)據(jù)數(shù)量。

　　b)時間順序：數(shù)據(jù)的時間順序應符合預期的開始、結束時間，中間應連續(xù)。

　　5.2.2.2合理性檢驗

　　a)范圍檢驗，主要參數(shù)的合理范圍參考值見表1。

　　b)相關性檢驗，主要參數(shù)的合理相關性參考值見表2。

　　c)趨勢檢驗，主要參數(shù)的合理變化趨勢參考值見表3。

　　5.2.3不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理

　　5.2.3.1檢驗后列出所有不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)及其發(fā)生的時間。

　　5.2.3.2對不合理數(shù)據(jù)再次進行判別，挑出符合實際情況的有效數(shù)據(jù)?；貧w原始數(shù)據(jù)組。

　　5.2.3.3將備用的或可供參考的傳感器同期記錄數(shù)據(jù)，經過分析處理，替換已確認為無效的數(shù)據(jù)或填補缺測的數(shù)據(jù)。

　　5.2.4計算測風有效數(shù)據(jù)的完整率，有效數(shù)據(jù)完整率應達到90％。

　　有效數(shù)據(jù)完整率按式(1)計算：

　　5.2.5驗證結果

　　經過各種檢驗，剔除掉無效數(shù)據(jù)，替換上有效數(shù)據(jù)，整理出至少連續(xù)一年的風場實測逐小時風速風向數(shù)據(jù)，并注明這套數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)完整率。

　　編寫數(shù)據(jù)驗證報告，對確認為無效數(shù)據(jù)的原因應注明，替換的數(shù)值應注明來源此外，宜包括實測的逐小時平均氣溫(可選)和逐小時平均氣壓(可選)。

　　5.3數(shù)據(jù)訂正

　　5.3.1目的

　　數(shù)據(jù)訂正是根據(jù)風場附近長期測站的觀測數(shù)據(jù)，將驗證后的風場測風數(shù)據(jù)訂正為一套反映風場長期平均水平的代表性數(shù)據(jù)，即風場測風高度上代表年的逐小時風速風向數(shù)據(jù)。

　　5.3.2當?shù)亻L期測站宜具備以下條件才可將風場短期數(shù)據(jù)訂正為長期數(shù)據(jù)：

　　a)同期測風結果的相關性較好；

　　b)具有30年以上規(guī)范的測風記錄；

　　c)與風場具有相似的地形條件；

　　d)距離風場比較近。

　　5.3.3應收集的長期測站有關數(shù)據(jù)見4.1.2。

　　5.3.4數(shù)據(jù)訂正的方法見附錄A。

　　5.4數(shù)據(jù)處理

　　5.4.1目的

　　將訂正后的數(shù)據(jù)處理成評估風場風能資源所需要的各種參數(shù)，包括不同時段的平均風速和風功率密度、風速頻率分布和風能頻率分布、風向頻率和風能密度方向分布、風切變指數(shù)和湍流強度等。

　　5.4.2平均風速和風功率密度

　　月平均、年平均；各月同一鐘點(每日0點~23點)平均、全年同一鐘點平均。

　　風功率密度的計算方法見附錄B1。

　　5.4.3風速和風能頻率分布

　　以1m/s為一個風速區(qū)間，統(tǒng)計每個風速區(qū)間內風速和風能出現(xiàn)的頻率。每個風速區(qū)間的數(shù)字代表中間值，如5m/s風速區(qū)間為4.6m/s-5.5m/s。

　　5.4.4風向頻率及風能密度方向分布

　　計算出在代表16個方位的扇區(qū)內風向出現(xiàn)的頻率和風能密度方向分布。

　　風能密度方向分布為全年各扇區(qū)的風能密度與全方位總風能密度的百分比風能密度的計算方法見附錄B2。

　　注：出現(xiàn)頻率最高的風向可能由于風速小，不一定是風能密度最大的方向。

　　5.4.5風切變指數(shù)

　　推薦用冪定律擬合，風切變冪律公式和風切變指數(shù)的計算方法見附錄B3。

　　如果沒有不同高度的實測風速數(shù)據(jù)，風切變指數(shù)a取1/7(0.143)作為近似值。

　　注：近地層任意高度的風速，可以根據(jù)風切變指數(shù)和儀器安裝高度測得的風速推算出來。估算風力發(fā)電機組發(fā)電量時需要推算出輪毅高度處的風況。

　　5.46湍流強度

　　風能資源評估中采用的湍流指標是水平風速的標準偏差，再根據(jù)相同時段的平均風速計算出湍流強度(I)。

　　5.4.6.1湍流強度的計算方法見附錄B中的B4。

　　5.4.6.2逐小時湍流強度

　　逐小時湍流強度是以1h內最大的10min湍流強度作為該小時的代表值。

　　5.4.7訂正后的風況數(shù)據(jù)報告格式(示例)見附錄C。

　　6風能資源評估的參考判據(jù)

　　6.1編制風況圖表

　　將5.4條中處理好的各種風況參數(shù)繪制成圖形。主要分為年風況和月風況兩大類。風況圖格式(示例)見附錄D。

　　6.1.1年風況

　　a)全年的風速和風功率日變化曲線圖；

　　b)風速和風功率的年變化曲線圖；

　　c)全年的風速和風能頻率分布直方圖；

　　d)全年的風向和風能玫瑰圖。

　　6.1.2月風況

　　a)各月的風速和風功率日變化曲線圖；

　　b)各月的風向和風能玫瑰圖。

　　6.1.3相關長期測站風況

　　a)與風場測風塔同期的風速年變化直方圖；

　　b)連續(xù)2。年一30年的風速年際變化直方圖。

　　注：將各種風況參數(shù)繪制成圖形能夠更直觀地看出風場的風速、風向和風能的變化，便于和當?shù)氐牡匦螚l件、電力負荷曲線等比較，判斷是否有利于風力發(fā)電機組的排列、風電場輸出電力的變化是否接近負荷需求的變化等。

　　6.2風能資源評估的參考判據(jù)

　　6.2.1風功率密度

　　風功率密度蘊含風速、風速分布和空氣密度的影響，是風場風能資源的綜合指標，風功率密度等級見表4。應注意表4中風速參考值依據(jù)的標準條件(見表4的注1、注2)與風場實際條件的差別。

　　6.2.2風向頻率及風能密度方向分布

　　風電場內機組位置的排列取決于風能密度方向分布和地形的影響。在風能玫瑰圖上最好有一個明顯的主導風向，或兩個方向接近相反的主風向。

　　在山區(qū)主風向與山脊走向垂直為最好。

　　6.2.3風速的日變化和年變化

　　用各月的風速(或風功率密度)日變化曲線圖和全年的風速(或風功率密度)日變化曲線圖，與同期的電網(wǎng)日負荷曲線對比；風速(或風功率密度)年變化曲線圖，與同期的電網(wǎng)年負荷曲線對比，兩者相一致或接近的部分越多越好。

　　6.2.4湍流強度

　　IT值在0.10或以下表示湍流相對較小，中等程度湍流的IT值為0.10-0.25，更高的介值表明湍流過大。

　　注：風場的湍流特征很重要，因為它對風力發(fā)電機組性能有不利影響，主要是減少輸出功率，還可能引起極端荷載，最終削弱和破壞風力發(fā)電機組。

　　6.2.5其他氣象因素

　　特殊的大氣條件要對風力發(fā)電機組提出特殊的要求，會增加成本和運行的困難，如最大風速超過40m/s或極大風速超過60m/s，氣溫低于零下20℃，積雪、積冰、雷暴、鹽霧或沙塵多發(fā)地區(qū)等。