1、風(fēng)電場測風(fēng)和風(fēng)資源評估薛 桁 中國氣象科學(xué)研究院2019.10一.風(fēng)電場的測風(fēng)測風(fēng)塔選址測風(fēng)塔選址原則測風(fēng)塔位置的選擇要力求每個測風(fēng)點位置具有本區(qū)域風(fēng)能資源的代表性。在代表性可保證的條件下還應(yīng)兼顧人員比較容易到達(dá)，盡量選取無線傳輸信號較好，以使觀測活動具備較好的可操作性。）此外, 測風(fēng)塔選址還應(yīng)避開不適宜建設(shè)風(fēng)電場的區(qū)域。如基本農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林地、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、礦產(chǎn)壓覆區(qū)、墓地、居民點、軍事禁區(qū)、規(guī)劃建設(shè)區(qū)等，并注意環(huán)境保護(hù)與水土保持等。 技術(shù)要求針對詳查區(qū)域的不同地形特點，特提出以下相應(yīng)的技術(shù)要求：地形劃分地形可劃分為平坦地形和復(fù)雜地形兩大類。地形平坦地形指地形起伏不大，周圍4-6km

2、半徑范圍內(nèi)，特別是盛行風(fēng)上風(fēng)方向地形相對高差一般小于50m，坡度小于3。平坦地形可包括高原臺地和平原等。復(fù)雜地形可以分為隆升地形和低凹地形。復(fù)雜地形包括山地、丘陵等，復(fù)雜地形流場復(fù)雜，特別要注意在復(fù)雜地形上的選址問題。不同地形的選址技術(shù)要求(1).高原臺地和平原 高原臺地指海拔高度較高（1000m以上）的高原地區(qū)平坦地形，面積范圍比較大。高原臺地大致可分為大片的地勢平坦荒漠草原（或戈壁）和較大面積局地隆起的臺地。荒漠草原（或戈壁）設(shè)置一個測風(fēng)點的詳查區(qū)，測風(fēng)點應(yīng)選在冷空氣南下的路徑上（結(jié)合第三次風(fēng)能普查和調(diào)研成果），位置應(yīng)選擇在整個區(qū)域的中心部位偏主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)。設(shè)置N個（2個以上）測風(fēng)塔的區(qū)域

3、，每個測風(fēng)點基本覆蓋詳查區(qū)域的面積1/N。對局部隆起的臺地（高出周圍50100m左右的區(qū)域），應(yīng)首先從地形圖上找出臺地的范圍。設(shè)置一個測風(fēng)點的詳查區(qū)，選擇中心偏主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)具有代表性的位置設(shè)置測風(fēng)塔；對應(yīng)設(shè)置N個測風(fēng)塔的詳查區(qū)，每個測風(fēng)點基本覆蓋詳查區(qū)域的面積1/N，適當(dāng)考慮向上、下游延伸，距臺地邊緣應(yīng)保持12km的距離。平原詳查區(qū)的測風(fēng)塔位置選址主要考慮測風(fēng)塔面積代表性，一般測風(fēng)塔在詳查區(qū)域呈均勻分布。高原臺地和平原測風(fēng)塔位置選址原則是將測風(fēng)塔設(shè)于中心位置或地形略高、空曠的地方，下墊面植被較一致。 (2).淺山丘陵淺山丘陵屬復(fù)雜地形，是指那些較大范圍內(nèi)相對高差不大，在50100m左右。淺山丘陵

4、區(qū)，地形以丘陵片狀分布為主，或是從平原向山地的過渡帶。淺山丘陵地形詳查區(qū)可能有兩種情況：一是詳查區(qū)為一片相對孤立的丘陵區(qū)，二是詳查區(qū)為大片丘陵區(qū)中的一部分。詳查區(qū)位于平原向山地的過渡帶中按淺山丘陵地形詳查區(qū)處理。在孤立的丘陵詳查區(qū)，測風(fēng)塔位置盡量選擇較為連貫且面積相對較大的丘陵上；在處于大片丘陵區(qū)中的詳查區(qū)，測風(fēng)塔位置要選擇相對較長較寬的丘陵上。對應(yīng)設(shè)置N個測風(fēng)塔的詳查區(qū)，每個測風(fēng)點基本覆蓋詳查區(qū)域面積的1/N。盡量選擇與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似垂直的丘陵上布塔。如選不出與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似垂直的丘陵，塔址必須選在與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向近似平行的丘陵時，要將塔址選在丘陵中央，確認(rèn)測風(fēng)塔位置周圍確實較為開闊，保證

5、盛行風(fēng)方向不受阻擋。避免將測風(fēng)塔位置選在對氣流有壓縮效應(yīng)的地方。盡量不要選擇丘陵頂部面積相對較小，與周圍相對高差較大，拉線坑不易設(shè)置的位置。初選測風(fēng)點的海拔高度應(yīng)考慮設(shè)在未來風(fēng)電場平均海拔高度或偏高一些。在盛行風(fēng)方向上沒有明顯高出測風(fēng)點的丘陵。(3).山地山地是典型的復(fù)雜地形，山地相對高度在100m以上，山體較大，山脊較長，連綿起伏。山地詳查區(qū)地形較為復(fù)雜，通常是某一山體的一部分，一般高于周圍的山體。這類詳查區(qū)測風(fēng)塔位置選擇除要參考淺山丘陵測點選址的技術(shù)要點外，還要注意以下幾方面：山地詳查區(qū)測風(fēng)塔位置應(yīng)選在范圍較大并適合安裝風(fēng)電機(jī)組的山體上；高度應(yīng)比未來可能風(fēng)電場的平均高度略高；測風(fēng)塔應(yīng)選擇在

6、與盛行風(fēng)向近似垂直的山脊上，測風(fēng)塔盛行風(fēng)方向上游避免有影響該位置風(fēng)速的山體。（4）沿海地形平坦的沿海詳查區(qū)，測風(fēng)塔位置盡量位于海岸線向陸地延伸1km范圍之內(nèi)、防風(fēng)林的外側(cè)（向海）。地形復(fù)雜的詳查區(qū)視地形的不同分別參照(2)或(3)節(jié)要求執(zhí)行。設(shè)置垂直于海岸線剖面觀測的詳查區(qū)，觀測剖面由3座塔組成，其中潮間帶（或岸邊）設(shè)一座，向內(nèi)陸500米、1500米各設(shè)一座。海岬地區(qū)測風(fēng)塔選點應(yīng)視海岬與盛行風(fēng)向的夾角和地形狀況而定，測風(fēng)塔盡量選在與盛行風(fēng)向近似垂直的地方，沖積型岸帶參照平坦地形原則選址，山地岸帶參照丘陵型測風(fēng)塔選址原則選址。島嶼測風(fēng)塔選址，多數(shù)情況是一個塔要代表周圍幾個島嶼的范圍，因此應(yīng)盡量選

7、在區(qū)域中心、風(fēng)能資源測量具有代表性的島嶼，其地點可參照陸地平坦或丘陵型地形的選址原則。測風(fēng)塔選址準(zhǔn)備工作1. 組建選址（踏勘）小組選址（踏勘）小組由技術(shù)人員（觀測、氣候、施工、工程評價方面等）、地方人員、向?qū)У冉M成。2. 準(zhǔn)備現(xiàn)場勘察設(shè)備和資料包括地形圖、分縣地圖冊及擬定詳查區(qū)域標(biāo)注了初步選點位置的大比例尺地形圖（1：50000）、遙感圖、手持GPS、指南針、手持測風(fēng)儀、照相機(jī)（或攝象機(jī)）、越野車、交通圖、有關(guān)規(guī)劃圖紙、必要的野外防護(hù)裝備等。3. 圖上初選根據(jù)詳查區(qū)域范圍的大小，在地形圖上，根據(jù)本詳查區(qū)氣象站年平均風(fēng)速、盛行風(fēng)向，本省風(fēng)能資源分布和區(qū)劃，以及已建風(fēng)電場及測風(fēng)塔測風(fēng)結(jié)果，初步劃定

8、測風(fēng)塔位置大體范圍。在1：50000地形圖上，根據(jù)地形狀況，確定多個備選測風(fēng)塔位置，即備選位置數(shù)量多于正式設(shè)點數(shù)量。4.制定踏勘方案踏勘前應(yīng)做出踏勘方案，包括踏勘計劃、路線、時間、地點、準(zhǔn)備參加的單位和人員，制定必要的應(yīng)急預(yù)案。踏勘前必須與當(dāng)?shù)夭块T取得聯(lián)系，得到當(dāng)?shù)氐呐浜稀y風(fēng)塔選址現(xiàn)場踏勘1.現(xiàn)場勘查初定觀測點位置根據(jù)圖上初步選點方案，進(jìn)行現(xiàn)場選點踏勘，以確定擬選觀測點的合理性兼顧工程可操作性、觀測實施的可行性等。野外踏勘，應(yīng)查看并記錄踏勘區(qū)域地形特點：地形、面積、山地走向、丘陵帶長度，谷地的寬窄、樹（樹形、樹種）、草、地表等，測量測風(fēng)點的經(jīng)緯度等。根據(jù)選址技術(shù)原則及選址的技術(shù)要點初定觀測點

9、位置（包括備份測點）。確認(rèn)滿足建塔施工條件的位置上，設(shè)置較醒目的標(biāo)志，以便于測風(fēng)塔建設(shè)單位隨后施工時辨認(rèn)；在大比例尺地形圖上標(biāo)注選定觀測站位置、編號（或名稱）、經(jīng)緯度、海拔高度、觀測塔高度、儀器設(shè)置層次等信息；拍攝選定觀測站周邊環(huán)境實景照片并存檔。施工搬運難度估計：機(jī)動車可到達(dá)的位置，需要人工搬運的距離、地形、是否有人行小道、需要專門修筑的簡易施工道路長度等；海島場址的船運距離、是否已有簡易碼頭等。選點日記：描述擬選觀測點的周邊環(huán)境; 地形狀況：山頂（脊）長度、寬度、平整度、山體或海岸落差等地質(zhì)狀況：巖石、沙地、土壤層厚度等，為測風(fēng)塔基礎(chǔ)設(shè)計提供參考；植被狀況：平均高度、密度、樹種或作物種類等

10、。2.測風(fēng)點確定在全面踏勘現(xiàn)場，分析擬選測風(fēng)塔代表性和觀測環(huán)境，評估實施觀測活動可行性基礎(chǔ)上，分析、評估各初定觀測點各種信息和優(yōu)劣，根據(jù)安排的測風(fēng)塔數(shù)量，對備選點進(jìn)行篩選，最后確定各測風(fēng)塔位置。測風(fēng)塔的代表性不同等級地形測量活動的要求地 形最小測量高度測風(fēng)塔的代表半徑簡單地形2/3輪轂高度10km復(fù)雜地形2/3輪轂高度2km建立測量地點文檔測風(fēng)塔確切的位置測風(fēng)塔周圍環(huán)境的文件附近障礙物距離，主要性能和維度的具體說明地形資料：現(xiàn)場描述或照片資料和現(xiàn)場周圍的典型要素現(xiàn)場表示山志學(xué)和崎嶇狀況的地形圖可能的衛(wèi)星和航空相片二、 風(fēng)測量測風(fēng)項目按照風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，風(fēng)電場風(fēng)的測量包括：逐時1

11、0分鐘平均風(fēng)速、風(fēng)向、每日極大風(fēng)速、風(fēng)的湍流強(qiáng)度等測風(fēng)設(shè)備1.傳統(tǒng)測風(fēng)儀 風(fēng)杯式 螺旋漿式 2.新型測風(fēng)儀 超聲波測風(fēng)儀 多普勒測風(fēng)雷達(dá) 風(fēng)廓線儀 .對測風(fēng)設(shè)備的要求測風(fēng)設(shè)備的檢定測量范圍 誤差 采樣時間與間隔 距離常數(shù) 可靠性 一些傳統(tǒng)測風(fēng)儀風(fēng)電場常用測風(fēng)儀 如NRG測風(fēng)儀超聲波測風(fēng)儀多普勒風(fēng)廓線儀多普勒風(fēng)廓線儀測風(fēng)與鐵塔測風(fēng)的對比 (摘自劉薇文章:Practical Research on Portable Instruments for Wind Characteristics Investigation Using a Mini Doppler SODAR)風(fēng)電場測風(fēng)塔的設(shè)置要求 風(fēng)電

12、場測風(fēng)塔設(shè)置地點應(yīng)設(shè)在能代表本風(fēng)電場范圍風(fēng)況的地方，在未來擬布風(fēng)機(jī)的地區(qū)設(shè)置主塔1-2座，在風(fēng)場范圍四個（至少二個）邊緣各設(shè)一個輔助塔，另外在有特殊需要處還需設(shè)置必要的輔助塔。塔周圍要求盡量做到氣象臺站正規(guī)測風(fēng)場地的環(huán)境要求（水體邊設(shè)場除外）。 觀測塔主塔要求設(shè)置4-5層測風(fēng)，從10米到風(fēng)機(jī)輪轂高度配置（目前一般到70-100米），輔助塔可以設(shè)10、20、40米高度三層。需要時還可設(shè)若干10米測風(fēng)桿以輔助測量。測風(fēng)儀測風(fēng)儀吊桿應(yīng)從盛行風(fēng)向偏移90度12個月后應(yīng)對測風(fēng)儀重新校準(zhǔn)溫度和氣壓測量傳感器的安裝應(yīng)在測風(fēng)塔10m高度以內(nèi)三、 風(fēng)電場風(fēng)資源評估 風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法 GB/T18710-2

13、019 測風(fēng)數(shù)據(jù)要求氣象站長期測風(fēng)數(shù)據(jù) 30年逐年、月平均風(fēng)速 累年平均氣溫、氣壓 極端記錄氣象站同期逐小時風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)測風(fēng)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)驗證 完整性 合理性 不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理 有效數(shù)據(jù)完整率-90%數(shù)據(jù)訂正 訂正到反映長期平均水平的代表年數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)驗證訂正及計算風(fēng)資源參數(shù)風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)的整理 氣象臺站測風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)的比較 風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)需要與鄰近氣象臺測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便獲得長年代風(fēng)電場風(fēng)資源的多年平均狀況（代表年訂正）。相鄰氣象臺站應(yīng)選取盡可能接近、地形及天氣氣候背景條件相似的臺站，以平坦地形地區(qū)較好，有條件可選多個氣象臺站更好(多元回歸)。 訂正的長年狀況方法可按

14、“風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法”標(biāo)準(zhǔn)的附錄A進(jìn)行。測風(fēng)數(shù)據(jù)的驗證 完整性檢驗：數(shù)量，數(shù)據(jù)數(shù)量應(yīng)等于預(yù)期記錄的數(shù)據(jù)數(shù)量；時間順序，數(shù)據(jù)的時間順序應(yīng)符合預(yù)期的開始、結(jié)束時間，中間應(yīng)連續(xù)。 合理性檢驗：包括記錄值的合理范圍、相鄰高度記錄值的合理相關(guān)性及記錄值的合理變化趨勢等。測風(fēng)數(shù)據(jù)的處理 要求列出所有的合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)及其發(fā)生時間；對不合理數(shù)據(jù)進(jìn)一步判別，挑出符合實際情況的有效數(shù)據(jù)，回歸原數(shù)據(jù)組；將備分或可供參考的傳感器同期記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理，替換已確認(rèn)為無效的數(shù)據(jù)或填補缺測的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析內(nèi)容平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度風(fēng)速和風(fēng)能頻率風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布風(fēng)切變指數(shù)湍流強(qiáng)度參考判據(jù) 風(fēng)況 風(fēng)功率密度

15、方向分布 日和年變化 湍流強(qiáng)度50年一遇最(極)大風(fēng)速 低溫 積冰 雷暴 鹽霧 沙塵等長期評估（代表年訂正） 測量-相關(guān)-預(yù)測（MCP）參考數(shù)據(jù)時間長度：30年具有代表性，受可靠性和連貫性的限制，10年的時間段通常被認(rèn)為是長期具有代表性的和可靠性的較好選擇。測風(fēng)數(shù)據(jù)長年訂正條件和方法條件 同期測風(fēng)結(jié)果相關(guān)性好 30年以上規(guī)范的測風(fēng)記錄 地形相似 距風(fēng)場較近訂正方法 按十六個方位作風(fēng)速相關(guān),進(jìn)行差值訂正 可選鄰近多個氣象站作多元相關(guān)注意防止非自然因素的風(fēng)速記錄下滑進(jìn)行的錯誤訂正氣象臺站測風(fēng)數(shù)據(jù)與風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)的比較 風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)需要與鄰近氣象臺測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便獲得長年代風(fēng)電場風(fēng)資源的多年

16、平均狀況。相鄰氣象臺站應(yīng)選取盡可能接近、地形及天氣氣候背景條件相似的臺站，以平坦地形地區(qū)較好，有條件可選多個氣象臺站更好。將風(fēng)場短期測風(fēng)數(shù)據(jù)訂正為代表年風(fēng)況數(shù)據(jù)的方法 1）作風(fēng)場測站與對應(yīng)年份的長期測站各風(fēng)向象限的風(fēng)速相關(guān)曲線。某一風(fēng)向象限內(nèi)風(fēng)速相關(guān)曲線的具體做法是：建一直角坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)軸為長期測站風(fēng)速，縱坐標(biāo)軸為風(fēng)場測站的風(fēng)速。取風(fēng)場測站在該象限內(nèi)的某一風(fēng)速值（某一風(fēng)速值在一個風(fēng)向象限內(nèi)一般有許多個，分別出現(xiàn)在不同時刻）為縱坐標(biāo)，找出長期測站各對應(yīng)時刻的風(fēng)速值（這些風(fēng)速值不一定相同，風(fēng)向也不一定與風(fēng)場測站相對應(yīng)），求其平均值作為橫坐標(biāo)即可定出相關(guān)曲線的一個點。對風(fēng)場測站在該象限內(nèi)的其余每一個風(fēng)速重復(fù)上述過程，就可作出這一象限內(nèi)的風(fēng)速相關(guān)曲線。對其余各象限重復(fù)上述過程，可獲得16個風(fēng)場測站與長期測站的風(fēng)速相關(guān)曲線。 2）對每個風(fēng)速相關(guān)曲線，在橫坐標(biāo)軸上標(biāo)明長期測站多年的年平均風(fēng)速，以及與風(fēng)場測站觀測同期的長期測站的年平均風(fēng)速，然后在縱坐標(biāo)軸上找到對應(yīng)的風(fēng)場測站的兩個風(fēng)速值，并求出這兩個風(fēng)速值的代數(shù)差值（共有16個代數(shù)差值）。 3）風(fēng)場測站數(shù)據(jù)的各個風(fēng)向象限內(nèi)的每個風(fēng)速都加上對應(yīng)的風(fēng)速代數(shù)差值，即可獲得訂正后的風(fēng)場測站風(fēng)速風(fēng)向資料。 關(guān)于風(fēng)切變指數(shù)測風(fēng)塔的風(fēng)梯度觀測 測風(fēng)層次的設(shè)定 10米標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)機(jī)輪榖高度冪指數(shù)的計算 最小二乘方擬合層次 層數(shù)過少，小的觀