风资源评估与风电场选址讲义课件

刘蕾 风资源评估与风电场选址刘蕾 风能资源的评估风电场宏观选址风电场微观选址风电场选址软件主要内容风能资源的评估风能资源评估步骤1.资料收集及分析2.风能资源普查分区3.风电场宏观选址4.风电场风况观测5.风力发电机组微观选址 第一节 风能资源的评估风能资源评估步骤1.资料收集及分析 从地方气象台收集气象、地理及地质数据资料。整理该地区10年以上（最好为30年）的风速、温度、气压平均值及极值，以及极端天气情况。一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估1.资料收集及分析一、风能资源评估步骤2.风能资源普查分区 以整理得到的气象数据为依据，按标准划分风能区域及其风功率密度等级，初步确定风能可利用区。一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估2.风能资源普查分区一、风能资源评估步3.风电场宏观选址 根据风能资源普查结果并结合现场踏勘，对初选的风能可利用区的地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评估比较，结合选择最合适的区域。一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估3.风电场宏观选址一、风能资源评估步骤4.风电场风况观测 气象站提供的气象数据只反映较大区域内的风气候。为满足微观选址对代表性风速和风向的需要，要在初选区域内树立不少于2座测风塔进行不短于1年的测风，内容包括风速、风向、温度、气压。测风仪应安装在测风塔的10m、30m、50m、70m高度甚至更高。一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估4.风电场风况观测一、风能资源评估步骤风资源评估与风电场选址讲义课件5.风力发电机组微观选址 在宏观选定的场址内，根据地形地质条件、外部因素和测风塔实测风能资源分析结果，对风电机组具体位置进行定位排布。一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估5.风力发电机组微观选址一、风能资源评风能资源评估参数风能资源评估参数1.平均风速2.风功率密度3.主要风向4.年风能可利用时间 一、风能资源评估步骤第一节 风能资源的评估风能资源评估参数一、风能资源评估步骤1.平均风速 依据该地区多年的气象站数据及测风塔一年的测风数据（每10分钟间隔的风速数据），计算得到年平均风速大于6m/s（合4级风）的地区才适合建设风电场。二、风能资源评估参数第一节 风能资源的评估1.平均风速二、风能资源评估参数2.风功率密度 风功率密度和空气密度和风速有关。风功率密度越高，该地区风能资源越好，风能利用率越高。二、风能资源评估参数第一节 风能资源的评估2.风功率密度二、风能资源评估参数3.主要风向分布 风向及其变化范围决定风电机组在风场中的确切的排列方式。风电机组的排列方式很大程度地决定各台机组的出力。因此，主要盛行风向及其变化范围要准确。二、风能资源评估参数第一节 风能资源的评估3.主要风向分布二、风能资源评估参数4.年风能可利用时间 指一年中风力发电机组在有效风速范围（一般取325m/s）内的运行时间。一般年风能可利用小时数大于2000h的地区为风能可利用区。二、风能资源评估参数第一节 风能资源的评估4.年风能可利用时间二、风能资源评估参风电场宏观选址过程是从一个较大的地区，对气象、地质等条件多方面综合考虑，选择一个风能质量好、最具利用价值的小区域的过程。需要考虑经济、技术、环境、地质、交通、生活、电网用户等多方面的问题。第二节 风电场宏观选址风电场宏观选址过程是从一个较大的地区，宏观选址主要按如下条件进行（10点）：1.选取风能质量好的地区1)年平均风速较高2)风功率密度大3)风频分布好4)可利用小时数高 第二节 风电场宏观选址宏观选址主要按如下条件进行（10点）：宏观选址主要条件2.风向基本稳定主要有一个或两个盛行风向（盛行风向：指出现频率最多的风向）。某一地区基本上只有一个或两个盛行主风向且几乎相反。这种情况对布机有利。也有虽然风况较好，但没有固定的盛行风向的地区。这种情况布机复杂。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件3.风速变化小尽量不要有较大的风速日变化和季节变化。4.风垂直切变小要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线。在风机高度范围内，如风垂直切变非常大，对机组运行十分不利。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件5.湍流强度小风机上游障碍物产生的无规则的湍流会使机组产生振动、受力不均。所以选址时尽量避开粗糙地面和高大建筑物。一般轮毂高度应高出障碍物810m以上，距障碍物的距离为510倍障碍物高度。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件6.避开灾难性天气频发地区灾害性天气包括台风、龙卷风、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等，对风电机组具有破坏性。选址时要参考地区气象站对历年灾害性天气出现频度的统计，在机组选型和选址上采取措施。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件7.尽量靠近电网要考虑电网现有容量、结构及其可容纳的最大容量，以及风电场的上网规模与电网是否匹配的问题；风电场应尽可能靠近电网，从而减少电损和电缆铺设成本。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件风资源评估与风电场选址讲义课件宏观选址主要条件8.交通方便要考虑所选定风电场交通运输情况，设备供应运输是否便利，运输路段及桥梁的承载力是否适合风电设备运输车辆。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件9.对环境不利影响小为保护生态，选址时尽量避开鸟类飞行路线，候鸟及动物停留地带及动物筑巢去，尽量减少占用植备面积。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件宏观选址主要条件10.地理情况要选择在地貌单一地区，扰流影响小。要考虑所选区域内的土质是否适合挖掘建设施工。要有该地区详细的水文地质资料并依照工程设计标准评定。要远离人口密集区、地震带、火山频发区，及具有考古意义、军事意义等特殊地区。第二节 风电场宏观选址宏观选址主要条件微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确定机组具体位置，使整个风电场具有较好经济效益。国内外风电工程实践表明，由于风电场选址的失误造成发电量损失和维护费用的增加，远大于对场址详细勘察的费用。因此，风场选址至少应具备一年以上的测风数据。第三节 风电场微观选址微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确微观选址原则：一、平坦地形在风电场区及周围5km半径范围内其地形高度差小于50m，同时地形最大坡度小于3度。一般对于场址的盛行风的上风向没有大的山丘和悬崖之类的地形，仍可作为平坦地形来处理。第三节 风电场微观选址微观选址原则：平坦地形微观选址原则：1、粗糙度与风速的垂直变化平坦地形同一高度上的风速视为均匀分布，可直接利用风速切变关系直接计算。提高机组功率的唯一方法即增加塔架高度。第三节 风电场微观选址平坦地形微观选址原则：平坦地形微观选址原则：2、障碍物的影响障碍物对气流的阻碍和遮蔽作用会改变气流的流向和速度，形成有利影响（加速区）或不利影响(尾流、扰动区)。尾流区估算：障碍物宽度b与高度h满足：b/h5,下游有20h的强尾流区，宽度越大，尾流越长。下游机组轮毂至少要高出地面2倍障碍物高度。第三节 风电场微观选址平坦地形微观选址原则：微观选址原则：一、复杂地形指平坦地形以外的各种地形，大致可分为隆起和低洼两类。局部地形对风电有很大的影响，需要具体问题具体分析。第三节 风电场微观选址微观选址原则：复杂地形微观选址原则：1、山区风的水平分布和特点在一个地区自然地形的提高，气流受到挤压而产生加速作用。河谷风，当风向与河谷走向一致时，风速比平地大；反之，当风向与河谷走向相垂直时，河谷内的风速大大减弱。山谷风，有明显的日或季节变化，要考虑用户需求。要考虑山谷走向和大地形下的盛行风向。考虑选择山谷中的收缩部分，容易产生狭管效应。第三节 风电场微观选址复杂地形微观选址原则：复杂地形微观选址原则：2、山丘、山脊地形的风电场对于山丘、山脊等隆起地形，利用它的高度抬升和它对气流的压缩作用来选择有利地形。宽山脊风速是山前风速的2倍，圆形山包为1.5倍。气流流经孤立山丘时主要形式是绕流运动，山丘与盛行风向相切的两侧上半部是最佳位置，其次是山顶，应避免在背风面布机。第三节 风电场微观选址复杂地形微观选址原则：复杂地形微观选址原则：3、海陆对风的影响由于海面摩擦阻力比陆地要大，在气压梯度相同的条件下，低层大气中海面上的风速比陆地大。近海风能潜力比陆地大50%左右。第三节 风电场宏观选址复杂地形微观选址原则：微观选址原则：三、风力发电机组排列方式1.对平坦地形当盛行主风向为一个方向或两个方向且互为反方向时，机群呈矩阵式分布。排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位。两机间距为风轮直径D的10倍，机群出力减少20%30%，20倍时无影响。考虑实际因素，一般列距为35倍D，行距为59倍D。第三节 风电场宏观选址微观选址原则：微观选址原则：三、风力发电机组排列方式2.当场地为多风向区，机群一般采用“田”型或圆形分布。风机间距1012倍风轮直径。3.对于复杂地形，要根据实际地形选址。第三节 风电场微观选址微观选址原则：为充分合理地使用风能，风电场设计单位首先要了解当地风能资源状况。通过测风数据分析处理，评估各局部位置的风能状况，以选择合适的风电机组安装位置和规格。国际上风电工程广泛使用的软件有丹麦的Wasp(风图谱分析及应用程序)软件和英国的WindFarmer软件。第四节 风电场选址软件介绍为充分合理地使用风能，风电场设计单Wasp软件主要用于对某地风能资源进行评估，正确选择风电场场址。主要输出功能：1）拟合威布尔分布的参数值；2）平均风速；3）017m/s风速段风向、风速频率图；4）输入数据、障碍物、山形对某一给定点风速、风向的影响；5）给定点风频图；6）给定点平均风速；7）给定点风功率密度；8）风向玫瑰图；9）风能玫瑰图；10）给定点风力发电机组年发电量；11）风电场年总发电量第四节 风电场选址软件介绍Wasp软件主要用于对某地风能资源由此可见，Wasp可以充分估算出某一给定点的风能资源情况，对风电场选址及风力发电机组排列有重要指导意义。但是，该软件是以特定的数学模型为基础的，因此在复杂地形的风电场进行选址时，应尽可能地安装测风仪器，以实际测量的风数据作为风电机组微观选址时的主要依据。第四节 风电场选址软件介绍由此可见，Wasp可以充分估算出某当场址及风力发电机组一旦确定，则利用Wasp软件的结果作为WindFarmer的输入数据进一步分析计算，确定出风力发电机组的排列方式，计算该排布方式下各风速及各风向上每台风机的发电量，通过计算各种排布方式对比选出最佳方案。第四节 风电场选址软件介绍当场址及风力发电机组一旦确定，则利WindFarmer的主要功能如下：1）对风力发电机组选址进行自动优化；2）确定风力发电机组尾流影响；3）对水平轴风力发电机组性能进行比较分析；4）确定并调整风力发电机组间的最小分布距离；5）分析确定风力发电机组噪声级；6）排除不符合地址要求、技术要求的地段和对环境敏感的地段；7）进行财务分析；8）计算湍流强度；9）计算电气波动及电耗。第四节 风电场选址软件介绍WindFarmer的主要功能如下使用Wasp软件的部分结果数据作为输入，WindFarmer软件与Waps软件配套使用，是进行风电场设计及风电机组微观选址的重要手段。第四节 风电场选址软件介绍使用Wasp软件的部分结果数据作为谢谢！谢谢！