梯度风观测实施方案

梯度风观测实施方案简介

1概述

利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。也是一个地区环保的重要指标。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源。特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。

地球风能约为2.74×109MW, 可利用风能为2×107MW，是地球水能的十倍。只要利用上地球1%的风能就能满足全球能源的需要。我国探明风能理论储量为32.26亿KW，而可发利用为2.53亿KW，，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济利润效益。从目前经济技术条件和成本效益角度出发，优先考虑发展风能是明智之举。

目前风电场造价成本约为8000～9000元/KW，机组（设备）占75%左右，基础设施占20%，其它占5%。风能利用小时数在2700～3200小时，其风电成本约0.45～0.6元/千瓦时，另外风电场运行成本费用很低，一旦建成风电场就是一源源不断的出钱机器（注：一般风电场机组寿命25年）。

国家政策重点扶持发展新能源和洁净能源。据有关消息，大于1000KW风电机组进口免征进口关税；风力发电减半征收增值税，优先无条件上网，上网电价优惠等政策都有利和加快风电的发展。

那么选择风能电站的位置就需要前期作大量风资源的勘测，梯度风的观测因此而生。就需要对建厂地的空气环境进行缜密的观测，尤其是对建厂地区的风速，风向，温度，湿度等气象观测要素进行数据分析，统计，更加准确科学的确定建厂地点，以及建厂时选择什么样的风机机型提供可靠的依据。

一般发电厂都会建在无人的地方，所以对观测气象要素的自动气象站提出了更加严格的要求。我厂在近年对河北、山东、湖北、广州等省份都建了梯度风观测站最长观测的梯度站（大亚湾核电站）于1999年建立于今9年之久。河北涞源风能勘测站也有5年连续数据观测。不同的梯度观测用户的关注点不同，采集的要素也不完全相同。数据处理传输分析也不完全相同。例如核电风站的观测最关注的是风的脉动情况，风能站勘测最关注的是平均风速。

本系统是依据《中国气候观测系统实施方案》中的第284-285页《风能观测》要求及《环渤海及其邻近海域海洋气象灾害监测预警系统》中的《航线/近海大风塔观测设备》的技术要求而定的。

观测仪器和方法

风能观测根据地形条件建立50m、70m、100m观测塔，开展风能资源观测。100测风塔上应至少安装5层风速传感器，分别位于10、30、50、70、100米处；至少安装2层风向传感器，分别位于50、100米处；70测风塔上应至少安装4层风速传感器，分别位于10、30、50、70米处；至少安装2层风向传感器，分别位于50、70米处；50测风塔上应至少安装3层风速传感器，分别位于10、30、50米处；至少安装2层风向传感器，分别位于30、50米处。

2、系统实施方案

2.1采用DZZ2型系列自动气象站

DZZ2型系列自动气象站是一种野外全地域型自动气象站。该系统在我厂多个领域多个项目中使用，显示整套系统具有很好的兼容性、一致性与稳定性，能够提供和满足不同任务需要的各种系统工作模式。它采用模块化结构设计，通过软件硬件的不同配置，并配接不同的通讯载体，可作为有线遥测站、全自动无人站使用。适合于气象部门的基准站、基本站、一般站以及各种类型的中、小尺度自动站网络和气候自记站。可广泛应用于海洋、海岛、环保、机场、农林、水文、军事、仓储、科学研究等领域。

——使用环境广泛，可在各种恶劣自然环境下正常工作，是完全野外型自动气象站；

——可靠性高、寿命长，可长期在野外环境下连续稳定工作；

——数据采集系统精度准确，各观测数据的精度均达到国际先进水平；

——操作简便，易于安装维护和远、近程监控；

——工艺精良，具有良好的抗腐蚀性；

——低功耗，提供多种供电方式；

——先进完善的多种防雷保护设计，能有效的防治雷电干扰；

——软件：采用“中国气象局大监项目软件”，具有超强兼容性、功能齐全、稳定可靠。该软件包可以对采集器进行终端操作，诊断到采集系统底层，便于发现和分析各类深层次问题。

2.2系统组成说明

用于梯度风观测的DZZ2型系列自动气象站与一般站基本一致主要由：传感器（气压、温度、湿度、风向、风速），数据采集器，防雷模块，电源系统，数据管理软件等部分组成。

传感器将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化。信号电缆接口与保护电路将各路传感器的信号传输到数据采集器，并提供防感应雷击和电源过载保护，以避免自动站由于过长的信号传输电缆所带来的干扰和损坏。电源系统：由空气开关、防雷模块、蓄电池和充电控制器等组成。多种供电方式：可提供交流供电、直流供电等多种供电方式。安全保护系统：空气开关、电源控制器、防雷板等。

不同的是一般站点只有一个风速风向，它有多层风速风向，这些风速风向观测里有的层又有超声波观测。为了减低系统的复杂度、故障率。我们将所有层的风速风向都独立处理为统一RS485方式输出（超声波风传感器输出本身既为RS485），这样整个铁塔只用拉一个电缆线。

安装示意图如下图所示：

梯度风示意图

风能观测：

根据地形条件建立50m或70m或100m观测塔，开展风能资源观测。

100m测风塔上应安装5层风速传感器，分别位于10、30、50、70、100米处；安装2层风向传感器，分别位于50、100米处；

70m测风塔上安装4层风速传感器，分别位于10、30、50、70米处；安装2层风向传感器，分别位于50、70米处；

50m测风塔上安装3层风速传感器，分别位于10、30、50米处；安装2层风向传感器，分别位于30、50米处。

同时温度湿度和气压都可以安装铁塔上或其30米内的设施上，安装位置高于两米。

2.3技术指标

2.3.1采集系统主要性能，主采集器型号为芬兰Vaisala QML201

1、以小时为单位存储气压、温度、湿度、风向、风速配有智能化电源为采集器供电。在市电停电的情况下，电池组可保证十五天以上的正常供电。供电方案多样化。（电源部分包括后备电源箱和太阳能供电系统，其中后备电源箱包括蓄电池和充电器，在无市电和连续阴雨天气的情况下，保证自动气象站系统15天以上正常工作。太阳能供电系统由若干太阳能电池板、若干个蓄电池、电源控制器、线缆、密封机柜、支架等组成。电源箱和太阳能供电系统要具有较强的抗风、防盐雾腐蚀和防雷击能力）。

2、具有实时时钟。

3、通信方式提供了RS485和RS232两种通信接口，可直接使用随机提供的手持终端进行数据查询显示，也可直接使用笔记本电脑进行数据查询显示；支持GPRS/CDMA网络，工作频率稳定，按照中国气象局有关规定，形成1小时正点加密（或按加密指令，实现分钟观测资料）上传数据文件格式，并实现实时上传（采用串口通讯方式，子站计算机接收数据后自动存储并打包上传）。

4、存储容量：1.7M的内部存储单元，能存储至少一星期逐分钟的历史数据，至少三个月逐小时数据，还可以扩展128M外部存储卡用于储存更多数据。

5、整套系统具有很好的防雷保护，每个通道具有过流过压的保护。

6、低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守。

7、通道：10个差分模拟量输入，2个计数通道，内部有一个PMT16 气压传感器接口。

8、一个RS232串口，两个扩展口，可扩为RS232，RS485方式

主采集器采用国际上具有领先水平的采集器，它是目前世界上最先进的气象专业采集器。