风能资源评估分析是指正确解读和充分利用国家和省级业务部门的风能资源评价结果,2003年至2006年的全国第三次风能资源评价普查评估报告,使用的是气象站1971到2000年的10m高度测风数据,其评价结果包含10m高度年平均风速、年平均风功率密度,有效小时数、风速频率、风向频率、风能方向频率、vebull参数等风能主要参数及各地的风能资源等级、储量、技术开发量和影响风电运行的主要气象灾害等。2007年~2011年开展了全国风能资源详查和评价工作,风能资源详查与评估报告,使用了从气象站建站到2010年的10m高度测风数据和国家风能资源观测网近两整年的梯度测风数据,及企业风电场选址测风数据,给出了垂直分辨率10m(10至150 m)水平分辨率为1km的长年代和观测代表年的年平均风速、年平均风功率密度,有效小时数、风速频率、风向频率、风能方向频率、Weibull参数、风切变、空气密度等风能主要参数及各地的风能资源等级、储量、技术开发量,对影响风电运行的各地主要气象灾害进行了评估分析等。熟悉了解上述内容,可从宏观上确定所处或所关注区域的风能资源等级和多年平均风速、年平均风功率密度、有效小时数等主要参数,对所关注区域的风能资源在宏观上有所认识,了解该区域的主要风能参数和开发潜力。
风能资源的质量是评估风电场好差的重要标准(风电场评估标准(GB/T 18710-2002))。根据风能资源评价分析结果确定风电场预选区域位置应遵循以下基本技术原则。
(1)选择在风能资源丰富区
(2)容量系数(capacity factor)较大的地区
(6.1)
式中,P为风力机实际平均输出功率;Pr为风力机额定功率。
(3)风向比较稳定的地区
(4)风能日、年变化较小的地区
(5)山区风垂直切变要小,平原风垂直切变要大
(6)气候灾害影响较少地区
(7)注意避开其它不利因素区域;风湍流强度小,尽量避开粗糙地表面或障碍物等。
还要注意所关注区域的风能资源形成的主要气候背景。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风.风的形成乃是空气流动的结果。风就是水平运动的空气,空气之所以产生运动,主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区,太阳高度角大,日照时间长,太阳辐射强度强,地面和大气接受的热量多、温度较高;而高纬度地区太阳高度角小,日照时间短,地面和大气接受的热量小,温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异,形成了南北之间的气压梯度,使空气作水平运动,风应沿水平气压梯度方向吹,即垂直与等压线从高压向低压吹。地球在不停地自转,使空气水平运动发生偏向的力,称为地转偏向力,这种力使北半球气流向右偏转,南半球向左偏转,所以地球大气运动除受气压梯度力外,还要受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。
实际上,地面风不仅受这两个力的支配,而且在很大程度上受海洋、地形的影响,山隘和海峡能改变气流运动的方向,还能使风速增大,而丘陵、山地却磨擦大使风速减少,孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此,风向和风速的时空分布较为复杂。再有海陆差异对气流运动的影响,在冬季,大陆比海洋冷,大陆气压比海洋高,风从大陆吹向海洋。夏季则相反,大陆比海洋热,风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风,我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时,大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋,到海洋上空冷却下沉,在近地层海洋上的气流吹向大陆,补偿大陆的上升气流,低层风从海洋吹向大陆称为海风,夜间(冬季)时,情况相反,低层风从大陆吹向海洋,称为陆风。 在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡,夜间由平原或山坡吹向谷地,前者称谷风,后者称为山风。这是由于白天山坡受热快,山坡温度高于山谷上方同高度的空气温度,坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方,谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气,这时由山谷吹向山坡的风,称为谷风。夜间,山坡因辐射冷却,其降温速度比同高度的空气要快,冷空气沿坡地向下流入山谷,称为山风。当太阳幅射能穿越地球大气层时,大气层约吸收2×10^16W的能量,其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比寒带吸收较多的太阳辐射能,产生大气压力差导致空气流动而产生大范围的全球性风带。至于局部地区,如上述的山风和深谷,海风和路风等。
通过对所关注区域风能资源状况的了解,再结合电网、交通和其他环境因素初步确定开发区域。
实地调研考察即实地踏勘。在总的风能资源评估和区划背景下,初步确定风电场位置,通过实地踏勘确定开发区域的具体位置,可以用拐点坐标制图标示,计算出开发区域的面积。通过实地踏勘查清下垫面类型,进一步针对地形特点,确定风场最佳位置的选择。
(1)选址要求
现场踏勘小组要由项目承担单位、地方政府主管部门、委托方及委托方指定的设计院等部门人员组成。踏勘前要预先制定踏勘方案:踏勘计划、路线、时间、地点、踏勘的重点区域;要准备必要的交通工具(越野车)、设备(GPS、照相机)、资料(交通图、项目规划图)和防护用品。
现场踏勘时要判明项目所选区域的地形特征、环境特征、土地类型、植被、电网、交通、通讯等大体情况,确定预选区域为非基本农田、生态林地、重要矿区、军事用地、自然保护区等,以确定拟选场址位置的可行性。在预选区域内预选出设立测风塔。不同地形下对风电场选址的要求是不同的,与测风塔选址技术要求类似(参考3.2.2.1节)。
要编写详细的踏勘记录,包括踏勘预选站址地形、地貌(拍照或录相)、经纬度、海拔高度、植被特征、周围遮蔽情况、无线通讯信号情况、土地性质、交通及周边环境等。
(2)根据地形特点确定风场址范围
平坦地形: 4-6km半径范围内高度差小于50m; 地形高长比(H/L)小于0.03。场址上风向1km范围内地表粗糙度比较均匀,可考虑为平坦地形。
复杂地形: 河谷、丘陵地带、山区等。复杂地形上要考虑狭管效应、绕流等引起的风的扰动。
在预选风电场址确定后,为下一步测风工作编写一个切实可行的科学的实施方案,方案里要确定所立测风塔的个数,每个测风塔高度、安装测风塔位置,要明确设置观测要素、观测层次,确定观测设备类型、数据采集方式,观测期的数据采集和日常维护等也要明确。
确定所立测风塔的个数,要根据所选区域的地形和面积来确定。通常情况下,平原地区和高原台地,每个测风塔能代表6至10km²的范围,浅山丘陵约5 km²左右,山地3 km²左右,可根据所选区域面积和地形特点确定测风塔数量。
所立测风塔高度,要根据当时主流风电机组的高度而定,2005年时600到850KW主流风机的塔筒高度为50m,可设立50m测风塔;目前1500KW的风机塔筒高度为70m,要设70m测风塔;2MW和3MW的风机塔筒高度为90m,就至少要设立90m高测风塔。
安装测风塔位置,平原地区和高原台地,每个测风塔尽可能立在代表区域靠近主导风向一侧,浅山丘陵尽可能立在较高的开阔的丘陵上,山地尽可能立在和主导风向垂直的较大的山脊上,同时各测风塔要尽可能靠近道路,立在手机信号较好的地方,以便维护和收集资料。
设置确定观测要素、观测层次,要既能完成选址观测任务,又要和气象风能专业观测网靠近。观测要素要有:风速,风向、气温、气压、湿度等,观测层次要有10m、30m、50m、70m、90m、100m等,要根据观测塔的高度具体设定。
确定观测设备类型,目前市场上测风设备有国产的如华云公司、江苏无锡无线电研究所的,还有天津、长春等气象仪器厂家的,国外的主要有:NRG、NOMAD两种。
观测期的数据采集和日常维护对风电场选址来说是很关键的。数据采集方式主要有两种:无线传输、定期换取SIM存储卡,目前易采取两种方式并存,既便于用无线传输数据监控观测仪器运行状态,又通过两种方式互补,确保观测数据完整性。要建立专门的部门(企业通常是能源部或项目前期部),制定工作流程,确保观测任务。
按照测风方案购置安装测风塔和观测设备,开始为期至少完整一年观测,收集的观测数据用于编写风电场预可行性研究报告。测风塔和观测设备的安装要满足以下条件:
(1)观测场地:观测站四周必须空旷平坦,避免山体、树木及高大建筑物的影响。
(2)仪器性能要求:选择具备国家或国际相应行业质量和计量认证的观测仪器,根据项目的实际需求,重点考虑在实际应用中性能稳定、便于野外安装、运行和维护的仪器。观测仪器进入现场安装之前,需由省级以上气象计量检定部门对仪器进行标定。安装前要逐一对照检查出厂合格证、标定证书、检定证等。仪器安装、测量量程、数据采样、算法和测量精度指标要符合《地面气象观测规范》相关规定。
测风部门要安排懂专业或经过培训的固定人员定期浏览测风数据信箱,初步察看分析数据的连续性、合理性,对于出现的错误数据要及时查验、更换观测仪器,保证数据的连续性。要安排专人定期取卡、换卡,定期巡视观测现场,检查观测仪器运行状态,检查测风塔安全稳定,发现问题及时维护,确保观测安全,观测数据连续稳定,有效数据完整率要达到90%以上。
编写风电场风能资源评估报告:利用测风观测所取得的完整一年的观测数据,计算分析各主要风能参数的时空分布情况,使用数值模拟技术、GIS技术对风电场的风能资源进行精细化空间分布评估,结合气象灾害影响分析,分析该风电场开发的气候可行性。
风电场风能资源评估报告的内容形式如下:
一、项目来源
二、报告编制依据
三、资料处理
四、评估方法
五、主要参数的时空变化分析、长年代评估、数值模拟分析
六、气象灾害影响分析
七、综合评估
八、结论及建议
