测风塔数据收集和处理标准化手册

测风塔数据收集和处理标准化手册

四．测风塔立塔标准与设备配置

4.1测风塔选址

4.1.1测风塔选址的一般原则

测风数据给风电场设计和建设提供基础性的支持。测风数据能够为判定一个地区风能状况、风电机组选型、布机方案和年发电量计算提供依据，特别是在复杂气候和地形条件下，风场场区不同区域的风资源状况有很大的差异，如果测风数据不能客观反映风能资源状况那么将会对风电场设计和建设产生不利的影响。测风塔仅具有位置的代表性是不足的。测风应该遵循3R原则，即正确性（Right）、代表性（Representativeness）、可靠性（Reliability）。

一．正确性

正确性（Right）是指正确的设立测风塔包含着正确安装测风塔和正确选取测风设备。安装测风塔之前需要对经过前期宏观选址工作场区位置有初步的认识，首先要了解该地区主导风向，确定主导风向能够帮我们选取正确安装位置，避免选到了背风区域或者湍流大、可能产生负切变的区域；能够帮我们正确的确定传感器支架方位，减少塔影效果的影响。其次，要了解当地气候特征，主要是了解极端性气候特征。如某些测风塔容易遭受裹冰，那么我们在建设测风塔时就要增加测风塔的强度或者采用自立塔而不是斜拉线塔；针对雷暴天气多，测风塔接地电阻小于4Ω的前提下，需要考虑避雷针的单独设计（如鱼叉型避雷针、用铜线直接接地）、增加额外的降阻措施（如加降阻剂、石墨棒、铜棒等）；场区潮湿、雾气严重，那么记录仪需要增加干燥剂且用密封箱和电缆密封件，接线部位要做好防锈蚀处理，数据线要考虑使用铠装型电缆线。

二．代表性

测风塔的代表性应有两层含义：测风塔安装地点具有代表性、测风数据具有代表性。

（1）测风塔安装地点要具有代表性。

即测风塔选址要能够最大限度的代表测风塔周边场区的风资源分布特性，一般海拔越高风速越大，测风塔所能代表的区域范围有限，因此需要通过加密测风塔的方式减少代表性差的问题。海拔梯度比较大的场区，建议设置三个不同海拔等级，在每个等级海拔较高、视野开阔四周无临近山峰阻挡、场地附近无小山包或者突出的树丛的地方安装测风塔。如果海拔梯度变化不明显的场区，应将测风塔安装在场区平均海拔高度位置，选取地点的地形地貌能够与整个场区绝大多数情况吻合。

（2）测风数据要有代表性。

指的是测风数据必须能够为将来风电场建设提供有代表性的数据。一是安装有代表性传感器。风速、风向、气压、温度这四种传感器必不可少，另一方面传感器测量高度应具有代表性。参照目前的比较流行的兆瓦级风机轮毂高度，测风塔高度应选取80m以上，如果条件允许推荐选取100m乃至更高的测风塔。植被茂密的区域，接近树冠层的10m高位置安装风速风向没有太大价值，应根据实际状况抬高底层风速风向的安装高度。为了避免固定风速风向的撑杆和塔影效果的影响，风速和风向安装位置应错开。

三．可靠性

可靠性主要表现在测风过程中测风设备及其附属配件稳定可靠、测风塔安装、检修、维护有可靠的文

本记录。

目前在实际风数据分析过程中有些风向数据变化不遵循实际规律而发生突变或者同主导风向保持一个比较恒定的差值、上下层风向有一个明显而且所有扇区都存在的恒定差值，这种情况一般是因为固定风向的撑杆发生了偏移，这种偏移的发生一般是安装固定不牢导致的，这样使得风向数据变得不可靠。同样的如果风速撑杆固定不牢，而使得撑杆方向从迎风侧或垂直于风向侧移动到顺风侧，这种位置容易受到测风塔塔影效果的影响，那么风速数据可靠性也会变差。所以测风设备安装固定一定要可靠，传感器撑杆需三点固定。测风塔安装和运维的时需详实记录现场的情况，清晰的阐述测风塔安装过程、运维出现的问题、解决的方案，对今后做数据清理工作提供了参考。从实际情况看，往往由于测风塔运维记录不全，对海量原始数据进行清理的时候可能会忽略那些不可靠的数据，对结果产生不良影响。特别是有些测风塔测满一年的数据后就会被拆除或者移动到其他位置，如果没有运维记录那会对风资源分析工作带来麻烦。

4.1.2基于CFD的测风塔选址示例

第4.1.1节只是给出了测风塔选址的一般性原则，随着流场模拟技术的逐步成熟和在风电领域的大规模应用，借助流场模拟技术进行测风塔选址已经变得完全可行，进行流场模拟的前提是进行网格划分，即将整个项目区域及周边划分为多个扇区，每个扇区在水平及垂直上划分为数以千万计的三维网格，在现有技术条件并保证计算速度的前提下，最小的网格分辨率可达水平10m，垂直3m，保证分析结果能够准确反映局部地形、地貌的变化对微观流场产生的影响。利用软件逐网格求解NS方程，准确模拟地形起伏变化及地表粗糙度对风流的影响，最终实现对整个项目区域的流场分析。

在最终完成项目区域流场模拟后，即可进行测风塔位置初选。影响风况的风流参数主要有风加速因数、湍流强度、水平偏差和入流角。测风塔位置应满足如下条件：

1.所选区域风加速因素处于风电场整体平均水平；

2.所选区域湍流强度最小；

3.所选区域水平偏差值绝对值最小；

4.所选区域入流角绝对值最小。

以上条件与进行常规测风塔选址时的要求是相通的，测风塔选址时要求测风塔附近无明显障碍物遮挡、避免受气流畸变影响，反映在CFD分析图谱中即是要求选择湍流强度最小、水平偏差及入流角绝对值最小的区域。

整个测风塔选址的具体流程如下：

1.完成场区地形CFD流场模拟，借助分析图谱，根据选址原则相互叠加的方法确定几个各项指标均合理的区域作为测风塔的初选区域。

2. 在利用CFD流场模拟技术初步确定测风塔备选区域后，并不能确定测风塔的准确位置。必须结合中尺度数值模拟进行微观选址，结合风资源图谱确定所有风机最优点位，根据点位及测风塔代表范围，确定测风塔具体位置。

3. 根据项目规划容量进行初步的风机布置，因不确定未来风场选用机型功率大小，故进行微观选址时应选择适合当地中尺度数值模拟结果及气象数据所展现的风况和气候状况，且功率较小的风机。例如一个