风能资源评估及微观选址初步介绍-PPT课件-湘电风能.ppt

风能资源评估及微观选址初步介绍讲解：吴晓鹏目录第一章 风 能 资 源 评 估 综 述第二章 风 能 资 源 评 估第三章 风 电 场 微 观 选 址第四章 工 程 实 例第五章 分 析 及 总 结第一章 风能资源评估综述引言随着化石能源的日益稀缺,全球环境的恶化 ,开发可再生清洁能 源成为各国的能源目标风力发电技术较成熟且可靠性高 ,它是发 展最快的新型能源在风电场建设的可行性研究阶段需要对拟建风电 场进行风资源评估评估的目的主要是为确定风电场的装机容量和 风力发电机组选型及布置等提供依据 ,便于对整个项目进行经济技 术评价风资源测量和评估水平直接影响风电场选址以及发电量预 测 ,最终反映为风电场建成后的实际发电量Ø 风资源评估需要的基础资料风电场的风资源分析评估 ,一般除收集当地气象站近期30 年的常规气象资料外 ,还应收集整理风电场场址处至少连续 1 年 的风速、风向整编资料 ,且收集的有效数据不宜少于收集期 的90 %故一般拟建风电场场址处都应设立观测站进行1～3年 的连续风速、风向观测 Ø 数据验证检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行 判断，检验出缺测的数据和不合理的数据，经过适当处理，整 理出一套连续一年完整的风场逐小时测风数据。

Ø 数据订正根据风电场附近气象站、海洋站等长期测站观测数据，用 相关分析的方法将验证后的风电场测风数据订正为一套反映风 电场长期平均水平的代表性数据，即风电场代表年的逐小时风 速风向数据 Ø 数据处理风资源评估一般需对观测资料进行以下几个项目的分析计算：1)风的日、月变化规律一般应挑出一个典型日和一个典型月 ,典型日逐时的风速变化能反映 风的一般日变化规律 ,典型月逐日的风速变化能反映风的一般月变化规 律并绘制典型日的逐时及典型月的逐日变化柱状图2)年风速风向频率统计此项目的统计可按常规方法 ,根据统计结果绘制全年风向玫瑰图及风 速玫瑰图3)年有效小时数风机有切入和切出速度 ,切入速度一般为 3m/s或5m/s ,切出速度一 般取 25 m/s 或 27 m/s ,从切入到切出之间的风速称为有效风速有 效风速的范围一般因风机的产地及功率而有所不同统计出每年累计风 速值在有效风速范围内的小时数 ,然后将历年值平均 ,即得年有效小时 数4） 各等级风速频率将风速值按 1 m/s 间隔划分为若干等级 ,统计各等级风速出现的次 数,各等级次数除以各等级风速出现的总次数即为此等级风速频率根据 统计结果绘制各等级风速频率图。

5） 风能的计算风能的利用主要将它的动能转化为其他形式的能 ,因此,计算风能的 大小也就是计算气流所具有的动能按有效风速计算的风能密度称为有 效风能密度在单位时间内以风速 v 穿过面积为S 的风轮的总功率,即 风能的功率为：W = 1/2ρS v^3第二章 风能资源评估1 概述风能资源评估是整个风电场建设、运行的重要环节,是风电项目的根 本,对风能资源的正确评估是风电场建设取得良好经济效益的关键,有的 风电场建设因风能资源评价失误, 建成的风电场达不到预期的发电量, 造成很大的经济损失风能资源评估包括三个阶段:区域的初步甄选、 区域风能资源评估及微观选址2 区域的初步甄选建设风电场最基本的条件是要有能量丰富 ,风向稳定的风能资源区 域的初步甄选是根据现有的风能资源分布图及气象站的风资源情况结合 地形从一个相对较大的区域中筛选较好的风能资源区域 , 到现场进行 踏勘 , 结合地形地貌和树木等标志物在万分之一地形图上确定风电场的开发范围风电场场 址初步选定后,应根据有关标准在场址中立塔测风测风塔位置的选择要选 具有代表整个风电场的风资源状况,具体做法:根据现场地形情况结合地形 图 , 在地形图上初步选定可安装风机的位置,测风塔要立于安装风机较多 的地方,如地形较复杂要分片布置立测风塔,测风塔不能立于风速分离区和 粗糙度的过渡线区域,即测风塔附近应无高大建筑物、地形较陡、树木等障 碍物,与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍,与成排障碍物距离应保持 在障碍物最大高度的10倍以上;测风塔位置应选择在风场主风向的上风向位 置。

测风塔数量依风场地形复杂程度而定:对于较为简单、平坦地形,可选 一处安装测风设备;对于地形较为复杂的风场,要根据地形分片布置测风点 测风高度要最好风机的轮毂高度一样,应不低于风机轮毂高度的2 /3,一 般分三层以上测风 3 区域风资源评估区域风资源评估内容包括:对测风资料进行三性分析,包括代表性,一致性 ，完整性;测风时间应保证至少一周年,测风资料有效数据完整率应满足大 于90%,资料缺失的时段应尽量小(小于一周 )根据风场测风数据处理形成的资料和长期站 (气象站、海洋站 )的测风资 料,按照国家标准《风电场风资源评估方法 》( GB/T 18710- 2002)计算风电 机组轮毂高度处代表年平均风速,平均风功率密度,风电场测站全年风速和风功 率日变化曲线图,风电场测站全年风速和风功率年变化曲线图,风电场测站全年 风向、风能玫瑰图,风电场测站各月风向、风能玫瑰图, 风电场测站的风切变 系数、湍流强度、粗糙度; 通过与长期站的相关计算整理一套反映风电场长期 平均水平的代表数据综合考虑风电场地形、地表粗糙度、障碍物等,并合理利用风电场各测站 订正后的测风资料,利用专业风资源评估软件 (WASP、WindFarmer等 ),绘制风 电场预装风电机组轮毂高度风能资源分布图,结合风电机组功率曲线计算各风 机的发电量。

按照国家标准《风力发电机组安全要求》(GB 184511 - 2001)计算风电场 预装风电机组轮毂高度处湍流强度和50年一遇 10min平均最大风速,提出风电 场场址风况对风电机组安全等级的要求根据以上形成的各种参数,对风电场风能资源进行评估,以判断风电场是否 具有开发价值• Wasp计算结构图1 #0781风向、风能玫瑰图图2 #0781塔70m威布尔曲线图第三章 风电场微观选址风电场选址工作包括宏观选址和微观选址,是风电场建设 的基础性工作宏观选址工作在前期规划阶段进行,结合当地 气象站的资料进行风资源评估,同时考虑电网、交通、地质等 条件；微观选址工作主要在设计阶段进行 ,根据风电场风资 源分布图,同时结合各项限制条件确认每台风机的机位,满足 业主和相关部门的各项要求 ,使整个风场具有较好的经济效 益风电场微观选址是风电场设计阶段的主要工作,它涉及的 因素较多,主要有风电场土地的性质、周围村庄和建筑物的分 布、当地环境部门的要求等在充分考虑这些限制因素的情 况 ,结合风电场风资源分布图进行优化选址,在初步选址之后 进行现场勘探定点,并确定最终布局微观选址重要性微观选址的失误可能会使项目投资增加，特别是在负责地形地貌条 件下风电场选址更需要仔细研究。

因此，在项目开始建设前必须认真细 致的做好微观选址工作非常必要 微观选址主要工作 风场建设前评估 微观选址进行的评估内容包括： l产能评估：因风品味的不同，同样的风速产量却不会一样 l风险评估：风况对设备的影响与危害 l设备选型：针对不同的风资源特性，选用适合的设备 l机位选址：优化机位，产能最大化，危害最小化 微观选址流程 Ø 风数据整理和分析： Ø 初步优化机位(利用风资源数据及数字化地形图) Ø 再优化机位（根据经验及现场微调） Ø 最终机位布置图（机位安全评估） Ø 计算投资技术指标（可靠的产能分析、场地投资建设成本、运行管理与 服务成本） Ø 确认项目收益 经验总结（项目建成投产后的评估、总结，为下一 项目做技术储备） 微观选址方法目前 , 微观选址通常采用两种方法，一种是线性方法，另一种是 CFD方法：1、线性方法前期国际上较为流行的风电场设计软件 WASP及 W indFarmer进行风 况建模,建模过程如下:根据风电场各测站订正后的测风资料、地形图、 粗糙度,利用满足精度及高度要求的WindFarmer软件的三个输入文件,包 括:轮毂高度的风资源栅格文件、测风高度的风资源栅格文件及测风高度 的风资源风频表文件。

采用关联的方法在 WindFarmer软件中输入WASP软 件形成的三个文件,输入三维的数字化地形图(1∶10000或1：5000),地形 复杂的山地风电场应采用1∶5000地形图,输入风电场空气密度下的风机 功率曲线及推力曲线, 设定风机的布置范围及风机数量,设定粗糙度、湍 流强度、风机最小间距、坡度、噪声等,考虑风电场发电量的各种折减系 数,采用修正 PARK尾流模型进行风机优化排布根据优化结果的坐标,利 用GPS到现场踏勘定点,根据现场地形地貌条件和施工安装条件进行了机 位微调,并利用 GPS测得新的坐标,然后将现场的定点坐标输入 Windfarmer中,采用粘性涡漩尾流模型对风电场每台风机发电量及尾流损 失的精确计算2、CFD方法计算流体动力学（CFD）是指借助计算机模拟实际流体，使分 析者在没有测量流体变量工具帮助的情况下，仿真和了解所给地 点的流体流动随着风电的飞速发展，规划场址开始从风能稳定 、施工条件好的简单地形向高湍流、施工难度大的复杂地形发展 以WAsP为计算引擎的风能资源评估软件在处理复杂地形时，会 增加计算结果的不确定性，特别是针对环境湍流强度比较大的项 目，单台风机综合湍流强度最大值往往逼近风机的设计临界值， 此时应用以WAsP为计算引擎的风能资源评估软件进行计算导致的 误差也许就会对风机的长期安全运行存在一定影响。

在此条件下 ，应用于复杂地形的基于CFD的风能资源评估方法逐步应用于风资 源评估工作当中线性方法工作过程CFD方法工作过程CFD为计算流体力学简称 计算流体力学或称之CFD技术 是通过计算机的帮助对流体进 行模拟CFD技术可以根据流 体力学的规律进行模拟求解， 将几何区域分解为小的立方体 空间（即通常我们所说的网格 ），并在其中求解复杂的偏微 分方程组（N-S方程组）CFD技术允许我们在没有对 特定地点风流变量实际测量的 情况下对流体进行模拟并进而 了解流体的相关属性微观选址原则：u保证风机安全性u整体发电量最大如下：a)根据现场收集到的测风数据进行分析，先确定盛行的主导风向，然后根据风 向和风能玫瑰图，结合地形地貌特点，在满足风机间距要求前提下充分利用有利 于加大风速的地形，以发电量最大，尾流影响较小为原则进行风机布局从风能 玫瑰图分析，风力发电机组按垂直于主风能方向成错列布置风机行、列距分别 按不小于5倍风轮直径和3倍风轮直径进行布置b)风电机组的布置应根据地形条件，充分利用风电场的土地和地形，考虑风电 场的送变电方案、运输、地质条件和安装条件，力求电力电缆长度较短，运输和 安装方便c)考虑风电场内建筑物、主干道路、输电线路等对风电机组布置的约束。

平坦地形的选址 平坦地形可以定义为，在风电场去及周围5公里半径范围内其他地形高度差小 于50m，同时地形最大坡度小于3度； l布置风力发电机组时必须避开障碍物的尾流区； l在上风向和障碍物的外侧也会造成湍流涡动区； l平均风速由于障碍物的多少和大小而相应变化，此时地面影响必须严格考虑，如 通过修正地面粗糙度等 复杂地形的选址 山谷地形的选址由于受山谷风的影响，风将会出现明显的日或季节变化在谷底选址时，首 先要考虑的是山谷走向是否与的当地盛行风向一致因为山地气流的运动，在受 山脉阻挡情况下，会就近改变流向和流速，在山谷内风多数是沿着山谷吹的然 后考虑选择山谷中的收缩部分，这里容易产生狭管效应使风提速，而且两侧的山 越高，风也越强另一方面，由于地形变化剧烈，所以会产生很强的风切变及湍 流，在选址时应该注意 山丘、山脊地形的选址 ü 对山丘、山脊等隆起地形，主要利用它的高度抬升和它对气流的压缩作用来选择 风机安装的有利地形 ü 孤立的山丘或山峰由于山体较小，因此气流流过山丘时主要形式是绕流运动同 时山丘本身又相当于一个巨大的塔架，是比较理想。