风能资源评估统计方法实例研究

2011-05-31王起峰

电力勘测设计 2011年4期

王起峰

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013)

受化石能源资源日趋枯竭、环境保护等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都开始重视风能的开发利用。国际上风能开发利用的主要形式是风力发电。我国风能资源十分丰富，开发前景广阔，风力发电事业正在蓬勃发展。

山东半岛地处渤海湾与黄海包围之中，地形以低山丘陵为主，风能资源丰富。在风电场设计的可行性研究阶段，风资源评估是一项十分重要的工作，其成果直接决定该工程能否盈利，风资源评估内容丰富：测风数据整理、检验与处理；实测年风能要素计算；代表年风能要素计算；风切变指数；50年一遇最大风速；湍流强度；威布尔分布；IEC等级等等统计内容。本文主要介绍风功率密度及IEC等级。

1 风功率密度

风功率密度是与风向垂直的单位面积中所具有的功率。设定时段的平均风功率密度表达式为：

式中：Dwp为平均风功率密度，W/m2；n为在设定时段内的记录数；ρ为空气密度，kg/m3；

vi3为第i个记录的风速值的立方。

平均风功率密度的计算应是设定时段内逐小时风功率密度的平均值。根据中华人民共和国国家标准《风电场风能资源评估方法》，风功率密度蕴含风速、风速分布和空气密度的影响，是风场风能资源的综合指标，风功率密度等级见表1。

表1 风功率密度等级

2 IEC等级

根据IEC61400-1：2005-8关于安全等级的规定，IECI～III的风机，抗50年一遇十分钟最大风速分别为50m/s、42.5m/s、37.5m/s。湍流强度特性级A、B、C对应的湍流强度值为0.16、0.14、0.12。

IEC等级对于风机选型具有特殊的要求，根据其要求，主要考虑两个方面的数值：50年一遇10min最大风速和湍流强度。

2.1 50年一遇10min最大风速

根据全国风能资源评价技术规定，测站50年一遇极端风速值x采用极值型的概率分布，其分布函数为：

式中：u为分布的位置参数，即分布的众值；a为分布的尺度参数。

2.2 湍流强度

大气湍流强度表示瞬时风速偏离均值的程度，是评价气流稳定程度的指标，其大小关系到风电场资源质量的优劣。大气湍流度与地理位置、地形、地表粗糙度和影响天气系统的类型等因素有关。风能资源评估中湍流指标采用相同时段的平均风速和标准偏差计算湍流强度。本次数据记录时段采用10min平均值进行湍流强度的计算，公式为：

3 应用研究

本研究以山东某县风电场工程为实例，介绍风资源评估步骤。

为了合理有效的开发风电场，在风电场安装了一台70m高的测风塔进行测风工作，分别在70m、60m、50m、30m、10m高度各安装了一个风速仪，并在70m、10m高度各安装了一个风向仪，测风仪器采用美国NRG公司制造的Symphonies测风设备。距离风电场最近的气象站位于风电场东北约13km处，在收集了一整年测风数据后，经过检验、处理后得到一套完整年的测风数据。根据风场附近长期测站的观测数据，将验证后的风场测风数据订正为一套反映风场长期平均水平的代表性数据，然后采用公式(1)计算轮毂高度处的风功率密度和平均风速，见图1。