风电场宏观选址标准化手册V1版

宏观选址标准化手册
一、总则
1.1目的
本规范规定了评估风能资源过程中所使用的软件、主要参数和相关参数的计算方法、资料收集和分析、项目评估、项目考察、敏感性因素排查、道路和集电线路初步设计及成果输出的相关原则和要求。

1.2适用范围
本标准化手册适用于风电场风能资源评估、信息收集、项目现场考察、敏感性因素排查、道路和集电线路初步设计及成果输出等工作，为风电场宏观选址、考察、评估、成果提供参考依据。

1.3引用规范
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GBT 18709-2002 风电场风能资源测量方法
GBT 18710-2002 风电场风能资源评估方法
Meteodyn WT 使用手册
Windsim 9.0 快速入门
其余软件使用手册（待定补录）
二、使用工具
2.1地图工具
2.1.1GoogleEarth
GoogleEarth是一款在线地图软件，主要用于地形图的查看，坐标、高程等信息的在线查看、虚拟定位、叠图、面积测量等功能，可满足风资源评估过程中的前期选址中的地形比选、坐标输出、面积计算等功能。

2.1.2奥维地图
奥维地图集成了Google地图与卫星图、Bing卫星图、百度地图、OpenCycle 等高线地图等多种地图，可自由切换并离线使用。

在卫星图上直接输出10米精度的等高线，可直接读取CAD设计文件并将其转化为奥维对象，可以在线分享，并支持在手机上使用。

在前期该规划选址、项目考察阶段等可以使用。

2.1.3globalmapper
Global Mapper能够浏览、合成、输入、输出大部分流行的扫描点阵图、等高线、矢量数据集的软件，它可以编辑、转换、打印各类地图图形文件，可以利用全球情报系统（GIS）信息资源，可以转换数据集的投影方式以符合你的项目的座标系统，并可以同时对数据集的范围进行裁剪，还提供距离和面积计算，光栅混合、对比度调节、海拔高度查询、视线计算，以及一些高级功能，如图像校正、通过地表数据进行轮廓生成、通过地表数据观察分水岭、对3Dpoint数据转换为三角多边形和网格化等。

可以在地形图制作、文件格式转换、坐标转换方面使用。

2.2数据分析软件
2.2.1数据处理类软件
数据处理类软件主要为WindOgrapher软件，软件是一款集成数据导入、数据可视化、数据分析、数据处理等功能的集成软件。

它可以快速导入数据，以复杂的图表显示数据并提供强大的数据质量控制功能，执行复杂的统计分析并为决策者生成高质量的报表。

2.2.2大数据软件及平台
大数据软件及平台主要包括AWS、格林威治、风格、freemeso等平台。

其中AWS平台主要是下载中尺度数据及长期数据的平台。

格林威治、风格、freemeso等平台主要为部分厂家做出的集成3D GIS和风资源图谱可视化的平台。

也可提供包括中尺度气象数据，地形海拔数据，地表覆盖物及粗糙度数据，行政区划及卫星地图数据，环境敏感区域数据。

在风电场宏观选址中，可作为前期初步判断及无数据项目资源分析判断的工具进行应用。

2.3建模分析软件
建模分析软件目前应用的主要有美迪WT、WaSP、WindSim、择风大师等风资源图谱及发电量计算软件软件，同时还有WindFarmer、OpenWind、WindPRO等风电场优化软件。

目前我公司采用的主要为WindSim软件和WaSP软件。

三、评估参数
3.1 参数定义
参数采用下列定义：
3.1.1风场wind site
拟进行风能资源开发利用的场地、区域或范围。

3.1.2风电场wind farm
由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。

3.1.3风功率密度windpowerdensity
与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。

3.1.4风能密度wind energy density
在设定时段与风向垂直的单位面积中风所具有的能量。

3.1.5风速wind speed
空间特定点的风速为该点周围气体微团的移动速度。

3.1.6平均风速average wind speed
给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等
3.1.7最大风速maximum wind speed
10min平均风速的最大值。

3.1.8极大风速extreme wind speed
瞬时风速的最大值。

3.1.9风速分布wind speed distribution
用于描述连续时限内风速概率分布的分布函数。

3.1.10威布尔分布Weibull distribution
经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于两个参数，控制分布宽度的形状参数和控制平均风速分布的尺度参数。

3.1.11瑞利分布Rayleigh distribution
经常用于风速的概率分布函数.分布函数取决于一个调节参数，即控制平均风速分布的尺度参数
注:瑞利分布是形状参数等于2的威布尔分布。

3.1.12日变化diurnal variation
以日为基数发生的变化。

月或年的风速(或风功率密度)日变化是求出一个月或一年内。

每日同一钟点风速的月平均值或年平均值，得到。

点到23点的风速(或风功率密度)变化。

3.1.13年变化annual variation
以年为基数发生的变化。

风速(或风功率密度)年变化是从1月到12月的月平均风速(或风功率密度)变化
3.1.14年际变化interannual variation
以30年为基数发生的变化。

风速年际变化是从第1年到第30年的年平均风速变化。

3.1.15风切变wind shear
风速在垂直于风向平面内的变化。

3.1.16风切变幂律power law for wind shear
表示风速随离地面高度以幂定律关系变化的数学式
3.1.17风切变指数wind shear exponent
通常用于描述风速剖面线形状的幂定律指数
3.1.18湍流强度turbulence intensity
风速的标准偏差与平均风速的比率。

用同一组测量数据和规定的周期进行计算。

3.1.19轮毅高度hub height
从地面到风轮扫掠面中心的高度。

3.2计算方法
3.2.1风功率密度
设定时段的平均风功率密度表达式为(1):
D WP=1
2n ∑(ρ)(V i3)
n
i=1
(1)
式中:DWP--平均风功率密度，W/m2；
n--在设定时段内的记录数；
P--空气密度，kg /m3；
V i3--第i记录的风速(m/s)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，不可用年（或月)平均风速计算年(或月)平均风功率密度。

DWP中的ρ必须是当地年平均计算值。

它取决于温度和压力(海拔高度)。

如果风场测风有压力和温度的记录，则空气密度按式(2)计算:
ρ=P
RT
(2)
式中:ρ--空气密度，kg/m3；
P--年平均大气压力，Pa;
R--气体常数(287J /kg·K):
T--年平均空气开氏温标绝对温度（℃十273）。

如果没有风场大气压力的实测值，空气密度可以作为海拔高度(z)和温度(T)的函数，按照式(3)计算出估计值:
Ρ=(353. 05/T)exp-0.034(z/T) (3)
式中:ρ--空气密度，kg/m3;
z--风场的海拔高度，m;
T--年平均空气开氏温标绝对温度(℃+273)；
注:
不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。

与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按海平面标准大气压及风速频率符合瑞利分布的情况推算。

3.2.2风能密度
风能密度表达式为式(4):
D WE=1
2n ∑(ρ)(V j3)
m
j=1
t j(4)
式中：DWE--风能密度，W/m2;
m--风速区间数目;
ρ--空气密度，kg /m3;
j--第j个风速区间的风速(m/s)值的立方;
tj--某扇区或全方位第j个风速区间的风速发生的时间h。

3.2.3风切变幂律公式和风切变指数
风切变幂律公式如式(5):
V2=V1(Z2
Z1
)α(5)
式中:α--风切变指数;
V2--高度Z2的风速，m/s;
V1--高度Z1的风速，m/s
风切变指数α用式(6)计算:
α=lg(V2/V1)
(6)
lg⁡(Z2/Z1)
式中:V1与V2为实测值。

某风电场的风切变指数计算结果如附录中例表3.2-1及例图3.2-1所示。

3.2.4湍流强度的计算
10 min湍流强度按式(7)计算:
⁡I T=σ
（7）
V
式中:I T--湍流强度;
⁡σ--10 min风速标准偏差,m/s;
V--10 min平均风速，m/s。

3.2.5极大风速与最大风速
最大风速指50年一遇最大10min风速，极大风速指50年一遇3s极大风速，具体计算方法参见附件1中的《风电场50年一遇最大风速计算方法分析》此处不再详细说明，计算到50年一遇最大10min风速，可根据1.4的系数来获得50年一遇3s极大风速，即50年一遇3s极大风速是50年一遇最大10min风速的1.4倍。

根据最终计算结果及表3.2-2判定风电场强风等级。

表3.2-2 风机安全等级
在表3.2-2中，所以的参数都是基于轮毂高度处而言的，其中：
ref
V 指10min 参考平均风速；
A 表征高的湍流特性范畴；
B 表征适中的湍流特性范畴；
C 表征低的湍流特性范畴；
ref I s m /15平均风速时，湍流密度均值。

3.2.6 风速和风功率密度变化统计
统计测风塔各高度逐月的风速及风功率密度变化，风功率计算方法参见3.2.1部分，在有辅助软件的情况下也可分析风速及风功率密度的日变化。

如附录中例表3.2-2及例图3.2-2所示。

3.2.7风向玫瑰图及风能玫瑰图
统计测风塔各高度数据风向频率分布及风能方向频率分布，一般情况下将风向区分为16个扇区，分别计算各方向风向及风能所占的比例。

如附录中例表3.2-3及例图3.2-3所示。

3.2.8实测年风速WEIBULL 分布曲线图
威布尔分布是用于描述风速分布的概率函数，可用两个参数建立风速分布的概率模型。

由于风速的分布符合威布尔分布，可用威布尔分布的尺度参数A
与形状参数k基本上反映风电场的风速分布的规律和风频曲线的形状。

K越大，年平均风速变化越小，K越小，年平均风速变化越大。

根据实测完整年风速系列计算风电场实测完整年威布尔分布参数A、k。

威布尔分布的公式如下所示：
f=k
a（
v
a）
k−1
exp[−（
v
a）
k
]
上式中：
a：尺度参数
k：形状参数
V：风速
当k=2时，威布尔分布又称为瑞利分布。

一般情况下，威布尔分布曲线及相关参数通过软件计算得出。

3.2.9实测年风速及风能频率分析
一般按照步长为1m/s的区间统计各个风速段及各风速段所对应风能所占全年所吹风速或全年总风能的比例。

例如：某测风塔数据统计显示3m/s～ 4m/s区间所占风频为10%，风能频率为5%。

即表示全年有365*24*10%=876小时所刮的风处于3m/s～4m/s区间，全年所刮风的总能量（总风功率密度）中3m/s～4m/s风速区间所占比例为5%。

如附录中例表3.2-4及例图3.2-4所示。

完成上述统计后，应再总结预选风机轮毂高度或接近轮毂高度处的风频状况，例如某风机切入、切出风速分别为3m/s、25m/s，额定满发风速为10m/s。

则应统计测风塔预选风机轮毂高度或接近轮毂高度处3m/s～25m/s可利用风速区间占全年的比例，10m/s～ 25m/s满发风速区间占全年的比例。

四、资料分析
4.1资料收集
4.1.1 收集原则
资料提供主要由技术人员配合开发人员收集得到，或者由技术人员现场考察获得。

4.1.2 收集内容
对于有规划的风电场，首先要收集风区规划报告，了解规划区内的基本情况。

对于一般风电场，要收集场区周边的已建成风电场信息，场区附近测风塔数据，场区其他基本资料。

基本情况包括位置、地形、地质、属性、电网、道路、国土。

位置：行政属性、行政边界、区域拐点坐标；
地形：海拔高度、基本状况；
地质：沙石、土质、岩体；
属性：戈壁滩、草场、耕地、保护区、特种保护区；
电网：电压等级、相对距离、电站归属，电网地理位置分布图，当地电网负荷消纳情况、日最小负荷。

道路：道路属性、相对距离、便捷情况；
国土：土地利用规划图、压覆矿（探矿区和采矿区）。

环保：生态红线图。

林业：林地属性图。

主要确定是否存在国家公益林、天然有林地等限制性林地。

文物、军事等：主要包括当地文物位置图和军事限制区域图，机场净空范
围。

大型工程规划。

要收集其他公司占地情况。

主要包括介入公司名称占据的位置、待开发的容量、建设周期，已建成风电场发电量、采用机型等。

要收集气象站长期资料。

收集场区附近的水文、地质、自然灾害等方面的资料。

要收集周边70公里范围内已建成或者在建的风电场的可行性研究报告，作为补充性资料。

4.1.3 收集渠道
通过与政府对接，前往相关政府单位进行查询。

要与政府、气象局、当地长期居住人员沟通，了解考察区域内的风资源状况，凡接触的涉及风资源描述的资料尽量收集齐全。

要通过网络、县志、论文等渠道收集资料。

要通过卫星资料、模式资料预测考察区域内的风资源。

（由于国内政策的限定及资料的保密性，收集难度较大）。

4.2资料分析
将收集的风资源信息形成Google earth文件形式，以便于查找和地图分析。

建立风电场基本信息库，可以采取不同的格式和形式，便于后期项目计算和微观选址时查阅。

将整理好的资料备案，以便开发人员、技术人员出具相关的文件、报告等使用。

五、资源评估
5.1气候条件分析
5.1.1大气环流
在我国北纬30°~60°主要的风能来自西风气流的影响；西风带上的风力能量主要集中在西风急流上，地面风电场的能量主要是西风急流拖曳而成。

西风急流是盛行西风带对流层上层或平流层中一般强而窄的气流。

该区域的空气运动主要是由西向东，在对流层中上部和平流层下部尤其如此。

形成原因：温度导致气压差，地转偏向力。

5.1.2季风环流
由于陆地和海洋在各个季节中受热和冷却程度不同，使风向随季节产生有规律的变化，这种随季节而改变方向的空气流动称为季风，中国古代称为“信
风”，表明这种风的风向总是随着季节而改变。

我国位于亚洲东部，是一个典型的季风气候国家。

这里是全球海陆差异引起的季风最强的地区。

我国的季风，冬季主要在西风带影响之下，盛行西北气流。

夏季西风带北移，南方为大陆热低压控制，副热带高压从海洋移至大陆，转为西南气流。

春秋则为过渡季节。

此外，海陆分布，青藏高原对我国季风环流也产生重要影响。

在冬季，大陆高压气压梯度强大，而夏季热低压的气压梯度较弱，因而夏季风比冬季风弱，这是我国季风的重要特征。

通过区域所处的地理位置，判断区域气候类型，分析区域显著的气候特征。

中国气候分布图
5.1.3局地环流
尽管大气环流对盛行风的分布影响很大，但就某一个地区而言，当地的气候和地形条件对主风向分布的影响也很明显。

实际上，局地风往往是大尺度环流系统和当地气候条件相互作用的结果。

(1) 海陆风
海陆风是由陆地和海洋的热力差异引起。

如图所示，白天，由于太阳辐射，
陆地近地面温度上升快，空气密度降低，空气受热上升，形成低气压，风由海面吹向陆地，称为海风;夜间形成与白天情况相反的气压差，风由陆地吹向海面称为陆风。

由于海陆温差较小，风的周期短且风力较弱。

但是在海岸附近的海陆风强度较大，是近海地区风能的重要来源。

以水平范围来说，海风深入大陆在温带约为15-50公里，热带最远不超过100公里，陆风侵入海上最远20-30公里，近的只有几公里。

以垂直厚度来说，海风在温带约为几百米，热带也只有1-2公里；只是上层的反向风常常要更高一些。

至于陆风则要比海风浅，最强的陆风，厚度只有200-300米，上部反向风仅伸达800米。

在中国台湾省，海风厚度较大，约为560一700米，陆风为250-340米。

以热带地区的海陆风最强，海风风速达7米/秒，陆风风速1～2米/秒。

海风（左）和陆风（右）
(2) 山谷风
山谷风是多山地区经常出现的多种气流模式。

山谷风是以24小时为周期的一种地方性风。

山谷风多发生在山脊的南坡(北半球)，山坡上的空气经太阳辐射加热后，空气密度降低，空气受热上升，形成低气压，气流沿山坡上升，形成谷风;夜间风向相反，气流顺山坡下降，成为山风。

谷风的平均速度约每秒2~4米，有时可达每秒7~10米。

谷风所达厚度一
般约为谷底以上500~1000米，这一厚度还随气层不稳定程度的增加而增大，因此，一天之中，以午后的伸展厚度为最大。

山风厚度比较薄，通常只及300米左右。

山谷风是山区经常出现的一种局地环流，只要大范围气压场比较弱，就有山谷风出现，有些高原和平原的交界处，也可以观测到与山谷风相似的局地环流。

山谷风一般较弱，但在某些地区或山隘口处也会有较大的风速，同样可以作为风能的来源。

谷风（左）和山风（右）
5.1.4风速季节变化分析
通过收集气象站长期风速资料，分析近30年平均风速年际变化、逐月平均风速分布和日风速分布情况，得到近30年平均风速变化直方图、多年逐月平均风速直方图和平均风速日变化曲线图。

气象站30年平均风速分布图
气象站近30年各月平均风速变化直方图
测风塔平均风速日变化曲线
通过30年平均风速变化直方图可直观的看出年平均风速的变化规律，以及预计测风年是大小风年，为代表年订正做数据基础。

多年逐月平均风速直方图可以分析出多年风速存在的季节性变化，风速的季节性变化可指导数据分析及施工周期安排等工作。

平均风速日变化曲线图可知风速日变化过程。

年、月、日风速变化规律均对风功率预测有着极大的指导意义。

5.1.5常年主风向判定分析
根据气象站多年的风向资料统计出全年风向频率表和玫瑰图，逐月风向玫瑰图。

通过这两类图可以区域判断全年盛行主风向和单月盛行主风向，可在宏观选址时结合区域成风原理分析风资源分布情况。

主风向越集中，有利于风机排布，资源利用价值越高
气象站全年风向玫瑰图
5.1.6灾害性天气分析
分析内容包括热带气旋、冰冻天气、雷暴天气、盐雾、局部地区沙尘暴。

一）热带气旋
热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流，是地球物理环境中最具破坏性的天气系统之一。

热带气旋会造成台风、飓风、狂风、暴雨、洪水等灾害天气，对于沿海风电场和海上风电场存在强烈的破坏性。

热带气旋对风电场的影响利弊兼有,强度不太强(如风暴量级)的热带气旋以及其外围环流影响的区域,可以给风电场带来较长的满发时段;但是强度较强的热带气旋,如台风,会造成具有破坏性的极端风速，对风电机组的安全稳定运行带来极大的危害。

主要收集分析气象站常年风速数据和灾害性天气记录，通过欧洲风电机组标准II、GB5009-2001规范的风压法、极值I型、五日最大风速法等方式计算区
域50年一遇最大风速及50年一遇极大风速。

针对区域的极端风况，根据IEC61400-1标准选择不同等级的机组类型。

二）冰冻天气
冰冻天气对风电场的主要影响为：影响叶片气动性能、风速与功率不匹配、机组偏航不准、叶片折断、超荷载运行、高空坠物等，造成风电场电量损失。

影响风电场的结冰的形式主要分为雨凇和雾凇，雨凇主要分布在长江以南地区，包括云南、贵州、江西、湖南、湖北、秦岭山区、河南、浙江、福建等省，北方主要分布在新疆西北部和辽宁南部，雨凇最严重的在云南东北部和贵州。

雾凇主要分布在长江以北地区，新疆北部、东北中部、华北东部、秦岭山区，南方基本没有雾凇发生。

年冰冻日数30天以上的的气象站海拔都在500m-3100m之间,雾凇受海拔影响比雨凇更为显著。

冰冻天气一般发生于冬季11月份到来年的3月份，最严重的集中于12月到2月，最严重月份为1月份，其次为12月份。

冰冻天气受气温、湿度和风速影响较大。

有利于发生冰冻天气的日平均气温在-26℃-3℃之间，0℃最适宜冰冻生成。

日平均风速集中在小于或等于6m/s 范围内，冰冻发生频次最大的日平均风速为1.5m/s。

日平均湿度集中在大于等于70%的范围内，冰冻天气发生频次最大的日均相对湿度发生在80%。

通过分析气象站常年冰冻日数，设置相对合理的冰冻折减系数。

三）雷暴天气
雷击是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。

雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。

因风机所处的地形位置不同,雷击事故率有所不同,地处山区的风机其雷击事
故率最高，且雷击事故中,大部分不是由于直击雷引起的,而是非直击雷造成的损害。

我国东南沿海和北部山区是风能资源丰富的地区;但该地区地形复杂,雷暴日较多。

关于当地雷暴天气可以查询当地气象关于雷暴日数记录。

目前机大都依据IEC 61400/24-2010、IEC 62305-2006 标准等进行设计，符合GL 认证规范。

如当地雷暴情况特殊，可与机组厂家沟通。

四）盐雾
我国东南部沿海,属南亚热带季风气候区,多年年平均气温都在20℃以上。

盛行的海陆风把含有盐分的水汽吹向风电场与设备元器件大面积接触,盐雾中高浓度的氯化钠迅速分解为钠离子和氯离子,与金属材料发生化学反应生成强酸性的金属盐,在叶片表面形成覆盖层,严重影响了叶片气动性能;降低设备结构强度,生成氧化合物使电气触点接触不良,损坏电气设备,降低风机承受载荷能力。

通过收集当地气象站常年温度、湿度及大气成分相关资料，如有条件进行盐雾测试。

针对不同区域选择防腐等级不同的机组类型。

五）沙尘暴：针对三北地区。

沙尘暴是指强风扬起地面沙尘，使空气变得混浊，水平能见度低于1km的恶劣天气现象。

在气象学中规定，凡水平方向有效能见度小于1km的风沙现象，称为沙尘暴。

沙尘暴是风力侵蚀的一种极端现象，不同于浮尘和扬沙天气。

它主要发生于干旱、半干旱地区，但也波及到半湿润乃至湿润地区。

沙尘暴对风机的影响在于扬尘沙砾附着于叶片上，增加机组载荷，并腐蚀叶片涂层。

狂风夹带的沙尘还会损坏风速仪风向仪这些精密仪器。

同时，沙尘暴还伴随极风，对机组的安全运行存在较大的威胁。

通过收集当地气象站沙尘日数及大风天气统计资料，分析沙尘可能对风电场造成的影响程度，根据沙尘暴日数，通常认为超过15日，发电量折减按96%进行计算。

表：气象参数汇总
5.3地形地貌分析
要针对风区成风原理的地形因素影响分析。

分析内容主要包括狭管效应、气流质量堆积后翻山、强烈的温度梯度、障碍物引起的扰流加速效应。

5.3.1狭管效应
当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大。

当流出峡谷时，空气流速又会减缓。

这种地形峡谷对气流的影响称为“狭管效应”。

形成风能加速的狭管效应需要一定条件，即该地区的盛行风向与狭管的方向一致。

形成狭管效应的气流通道的表面应尽可能平滑，否则将会产生较大的
湍流，对风电机组产生不利影响。

例如：新疆的阿拉山口的风速加速主要是受到了狭管效应的影响。

由于该峡管窄且长，易形成破坏性较大的风速。

5.3.2气流质量堆积后翻山
气流流入盆地而后由盆地缺口流出的现象。

部分盆地缺口由于地形分布，海拔较外侧要高，形成一个明显的“槛”。

气流在盆地一侧进行堆积，而后翻越“槛”，气流下沉并加速流动，形成大风。