风资源评估综述

风资源评估综述

摘要:本文以风能资源评价工作的介绍为基础，着重分析了风资源评估需要的基础资料，以实际为出发点对风资源评估综述进行了探讨。

关键词:风资源，评估，综述

一、前言

在跨入21世纪的社会经济发展中，环保资源的利用发展已经成为资源发展的主要方向，尤其是推进风资源的发展利用。可以带动了资源的发展，有利于实现可持续发展的战略。

二、风能资源评价工作的介绍

中国气象局及所属各科研院所和各省（市）气象局是研究和掌握中国风能资源状况最为深入的部门。上世纪70年代末和90年代先后进行了两次风能资源普查，其中包括了900个气象站资料。1980-1986年，对海岸带进行调查和评价，推算了近海的风能资源。“九五”期间尝试卫星遥感、地理信息系统以及数值模拟技术综合应用于风能资源评估，取得的较好的效果。为了有效利用我国丰富的风能资源，促进我国风电建设的更快发展，国家发展和改革委员会办公厅决定从2003年开始用2年左右的时问，在全国范围内选择20个10×104kW以上的大型风电场，井完成风资源评价和提出风电场建设的可行性预研究报告，明确提出风能资源评价由气象部门承担。

按照国家发改委办公厅和中国气象局的要求，“第3次全国风能资源评价”项目由中国气象科学研究院牵头，国家气候中心、气象信息中心、广东、河北等省气象局作为参加单位组织实施。项目的主要内容是完成全国风能资源评价综合报告、研制国家风能资源数据库、开展复杂地形下的风场数值模拟试验、编制相关的风能资源评价技术规定、风能资料质量审核规程和风电场气象观测仪器检定规程等管理办法。项目于2003年10月启动，其中中国气象科学研究院编制的《风能资源评价技术规定》已于2004年4月通过专家论证，由国家发展改革委员会发文全国执行。省级风能资源评价工作已经取得初步结果，“全国风能资源评价综合报告”、“全国风能资源数据库”、“小范围风能资源数值模拟”等分项日正按计划进行。

三、风资源评估需要的基础资料

调查结果表明，我国大部分风电场的年平均容量系数仅为0.21～0.24,有些风电场的单机年平均容量系数仅为0.16～0.18。影响发电量的主要因素是场址上的风资源较差。据调查,目前许多风电场建成投产后实际的年平均发电量比预测值要低20%～30%,还有极少数风电场甚至低达40%。导致该结果的一个重要原因就是风资源的测量和评估存在问题。

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10m高处的风速、风向整编资料,且收集的有效数据不宜少于收集期的90%[2]。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。观测项目主要为逐时的10min平均风速、风向资料,一般采用自记方式。必要时可进行温度、湿度、大气压等项目的观测,以便和当地的气象站资料进行对比分析。风观测高度应选在离地10m 高处,还应包括风力发电机机头预期安装的高度,一般分2～3层,高度一般在10m,30m,40m。测量数据精度应在所用仪器的规定误差范围内。

四、风资源评估综述

1、精确风速测量的最优方法

风资源的评估是以风资源的现场测量为前提，为了获得可靠的风资源评估结果，需要精确可靠和足够时间长度的连续现场测风数据，一个高质量的现场风速测量工作对减少提出的工程预计发电量的不确定性使至关重要的。

（一）、测风塔的数量和高度

对于小型或中型风场地点，可能一个测风塔就足以提供精确的现场风资源评估。对于地形复杂的大型风场，即超过100MW的风场，可能需要不止一个测风塔以提供整个地点足够精度的风资源分布。风速一般随高度增加，由于风速的精确测量对风资源评估结果非常重要，因此测量高度尽可能选定风机轮毂高度，如果没有测量轮毂高度的风速，就需要估计切变剖面，但这样做存在新的不确定性因素。

（二）、监测设备和所需信号的规格

由于在加工精度上的原因，每个传感器的性能都会有很小的差别。采用单独标定的风速计对降低现场风速预报中不确定性有直接影响，因此推荐采用该方法。

2、风资源评估技术

（一）、海陆风的评估

风资源评估技术陆上风资源评估技术已经非常成熟，各国都已制定了有关的国家标准，因此这里主要强调海上风资源评估技术。海上风资源评估方法与陆上风资源评估方法具有较大的相似性，如设计数据的整理、校对、不合理数据的筛选、数据的修订等，但是由于海上风具有自己的特点，因此在进行风资源评估时需要重点考虑以下因素的影响，尾流的影响距离和范围，气候对机组维护和可利用率的影响；气温/水温对近海风速的影响范围以及尾流作用距离的影响，潮位变化对风速垂直分布的影响；昼夜海风的变化规律。

由于海上气象要素直接观测困难，很难获得某海区准确、长期、大范围的实测资料，而近岸陆地气象站所测风速由于受到地面粗糙度及大气稳定度等因素的影响，与海上风速有一定差异，也不能直接用来代表海上风况。因此，海上风能资源评估所使用的数据类型和分析技术都会不同于内陆。

（二）、风场长期风资源预测

年平均风速的变化和风速频率分布在评价风场年发电量的不确定性方面很重要。根据欧洲MalinHead气象站长期记录的数据显示，在只有一年的现场测风数据的情况下，采用该数据代表当地长期风速情况将会引起10％的误差，相应的发电量预测的误差约为14％。这种情况在现场数据很少的情况下经常发生。对于低风速地点，由于发电量对风速变化更加敏感使得所预测结果中的误差更为严重，10％的年平均风速误差往往会引起20％年发电量预测误差。但如果存在三年的现场测风数据，则其平均风速和年发电量与长期平均值之间的偏差将会显著下降，分别降为3％和4％。因此准确预报现场测风塔处的长期风况是评价规划风电场的发电量的关键。

一般风场的现场测风时间都不是很长（陆上一般为1～3年，海上测风数据更短，而且存在数据不连续、不完整的可能性更大），如果采用完全采用现场测风数据进行分析进行长期风资源评估将会带来很大的误差和不确定性，因此一般采用将现场测风数据和长期参考站点记录的风数据进行相关分析将所得到的现场测风数据与附近长期参考站点的记录数据进行相关分析，从而提高风资源长期预报的准确性，其中寻找风场地点附近合适的长期参考数据是该方法关键。

（三）、最新进展及热点问题

随着世界各国风电的大规模开发的持续进行，陆上适合风电开发的风资源丰富、地形简单的区域越来越少，今后风电开发的趋势是开发风资源相对丰富、地形复杂的山区和近海。但是对这些地方，风资源分布的特点以前研究较少，为了适应今后风电场建设的需要，各主要风电建设大国，尤其是欧盟各成员国，近年来投入了大量的资金和人力进行复杂地形和近海风资源评估方面的研究工作。同时随着越来越多的风电场建设，风电场的存在和运行对风资源的分布的影响也越来越明显，尤其是相距较近的大型风电场之间的相互影响问题已经引起了众多业内人士的重视。

（四）、风资源评估技术

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。在进行风电场建设之前必须对风场风资源进行客观、可靠、科学的评估，对风场建成后年发电量进行较为准确的预测并对风场经济性进行综合评价，主要包括现场测风、风资源评估、风电场设计与优化三个部分。在风电场场址经过初步选定后，应根据有关标准在场址中立塔测风，收集完整、可靠的风电场现场实测资料。在收集现场实测风资料后，应进行数据验证、数据订正和数据处理，对风能资源做出评估。