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如何进行风的测量与评估


如何进行风的测量与评估


一、风的测量

1、测风系统的组成
    自动测风系统主要由六部分组成:包括传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置。
    传感器分风速传感器风向传感器温度传感器气压传感器、输出信号为频率(数字)或模拟信号。主机利用微处理器对传感器发送的信号进行采集、计算和存储,由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成。按照“风电场风能资源测量方法”标准规定,风电场风的测量包括:逐时10分钟平均风速、每日极大风速、风的湍流强度、风向、温度、气压、湿度等。

2、测风设备
    传统测风仪有风杯式风速仪、螺旋浆式风速仪及风压板风速仪等。新型测风仪有超声波测风仪、多普勒测风雷达测风仪、风廓线仪等。著名的测风仪器的供应商主要有西安华拓测控HTCK、奥地利E+E、Secondwind等公司。
    常用的风杯式风速计如图1所示,这是一种机械式式测风仪,由一个垂直方向的旋转轴和三个风杯组成,风杯式风速计的转速可以反映风速的大小。一般情况下,风速计与单尾翼风向传感器配合使用,可以记录风速和风向数据。

                    
                                        图1 风杯、风向传感器

    如何进行风的测量与评估机械式测风仪器的优点在于可靠性高,成本低。但同时也存在机械轴承磨损的情况,因此需要定期检测甚至更换。另外,在结冰地区,需要安装加热设备防止仪器结冰。非接触式的测风仪器有超声波和激光风速计等(见图2)。超声波风速计通过检测声波的相位变化来记录风速;激光风速计可以检测空气分子反射的相干光波。这些非机械式风速仪的优点在于受结冰天气(气候)的影响较小。
     非接触式风速计的缺点是用电量较大,在偏远地区的应用受到限制。

                                  
                                 图2 超声波和激光风速计

3、测风需要注意的问题
    最佳的测风方法是在具有风资源开发潜力的地区安装测风塔,测风高度与预装风电机组的轮毂高度尽量接近,并且测风设备安装在测风塔的顶端,这样可以减小测风塔本身对测风设备造成的影响(图3)。
    如果测风设备安装在测风塔的中部,应尽量使测风设备的支架方向与主风向保持垂直,并使测风设备与测风塔保持足够的距离。测风塔的安装地点要具有代表性。也就是测风塔所测得的风速和风向数据受周围地形,粗糙度和障碍物影响最小,最能够代表该地区的区域气流分布特点。测风塔的数量与风电场的规划容量、面积以及地形的复杂程度有关,最好在安装测风塔之前对风电场作初步的规划,这样可以避免测风塔测风位置没有代表性或测风塔数量太少不能覆盖整个规划区域的情况,减小风能资源分析的不确定性。

                            
                                       
图3测风塔

二、风能资源评估

1、风能资源评估的目的
    风能资源是风电场建设中最基本的条件,准确的风能资源评估是机组选型和风电机组布置的前提。风能资源评估的目标是确定指定地区域是否有较好的风能资源,风能资源评估的目的是分析现场测风数据的风能资源状况。

2、风能资源评估主要技术标准
    风能资源评估应该按照相关的法规和标准进行,我国现行的评估标准和规范有:
(1)《风电场工程可行性研究报告编制办法》(发改能源[2005]899 号);
(2)《风电场风能资源评估方法》(GB/ T 18710-2002);
(3)《风电场风能资源测量和评估技术规定》(发改能源[2003]1403 号);
(4)《全国风能资源评价技术规定》;
(5)《风力发电机组 安全要求》(GB18451.1-2001)。

3、风能资源评估主要步骤
(1)数据收集
    根据《风电场工程可行性研究报告编制办法》,收集气象站、风电场测站及地形图数据。测风数据是风电场的第一手资料,是分析风电场风资源最重要的依据。风电场周边气象站数据是风电场建设的重要参考,主要用来辅助分析风电场的气候状况和测风数据在时间上代表性。地形图数据是进行风资源分析以及风电机组布置的主要依据。
(2)数据分析
    对气象站多年数据进行整理,整理出气象站多年气象要素,包括风速、风向,气温(平均,极端),气压(平均,极端),平均水汽压,平均相对湿度,降水量,平均沙尘暴、冰雹、雷暴天数等等。提出风速的年及年际变化图表,并说明风电场现场测风时段在长系列中的代表性。提出风速的月变化图表,并说明风电场所在地区的月平均风速变化情况。参考《风电场风能资源评估方法》(GB/T 18710-2002),对测风塔数据进行数据检验、数据订正、数据处理。并对测风数据进行代表年分析分析、风能资源分析和参数计算。根据现场地形和测风塔位置,并利用风能资源评估软件,计算风电场风谱图,说明测风塔位置在风电场范围内的代表性。

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