华 东 电 力Feb.34 No.2
Jan. 2006大型风电场的风资源评估
陕华平1 肖登明1 薛爱东2
(1.上海交通大学,上海 200032;2.华北电力设计院,北京 100081)
摘 要:概括多项工程的风资源评估报告,得出风资源评估的一般过程。对评估过程做细化分析,用四分量风速模型计算风速时间列。用国际通用的风资源评估软件WA sP8.1评估风能要素。在代表年风能要素分析时,提供多种方法,针对具体问题给出合理的解决办法。
关键词:风切变指数;四分量风速模型;湍流强度;风向玫瑰图;相关性分析
作者简介:陕华平(19772),女,硕士研究生,目前从事风力发电研究。
中图分类号:T M614 文献标识码:B 文章编号:100129529(2006)022*******
W i n d resource a ssess m en t for l arge w i n d power f i elds
SHAN Hua2ping1,X I AO D eng2m ing1,XU E A i2dong2
(1.Shanghai J iaot ong Univ.,Shanghai200032,China;
2.North China Electric Power Design I nstitute,Beijing100081,China)
Abstract:After the su mmarizati on of the wind res ource assess ment reports of several p r ojects,the general p r ocess f or wind res ource assess ment is given.The f our component model was adop ted t o calculate the wind s peed ti m e series, and the universally used wind s ource assess ment s oft w are WA sP8.1was app lied t o evaluate the wind power essen2 tials.Vari ous methods are given t o analyze the wind power essentials f or the rep resentative years.
Key words:wind shear index nu mber;four component wind model;intensity of turbulence;wind directi on r ose map;
coherence analysis
建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、
风向稳定的风能资源。选择风电场场址时应尽量
选择风能资源丰富的场址。
1 确定风速模型
1.1 风切变指数
风力机感受到的风速主要是轮毂高度H处
的风速V
W
,风速从测风高度H0到风力机轮毂高
度H必须修正。修正公式:
V W=V W0H
H0
a
(1)
式中 a———风切变指数。
1.2 风速
为了较精确描述风的随机性和间歇性的特
点,采用四分量风力模型:基本风V
A 、阵风V
B
、渐
变风V
C 和随机风V
D
。
(1)基本风(由威布尔分布的数学期望值可得)
V A=A・Γ(1+1
K
)(2)
式中 V
A
———基本风速,m/s;
A和K———威布尔分布的尺度参数和形状参数;
Γ1+1
K
———伽马函数。
(2)阵风(描述风速突然变化的特性)
V B=
0(t V S(T1G≤t≤T 1G+T G ) 0(t>T1G+T G )) (3) 式中 V S =(max G/2){1-cos[2π(t/T G )-(T 1G /T G )]}; V B———阵风风速,m/s; T1G———起动时间,s; TG———周期,s; max G———最大值,m/s。 (3)渐变风(表示风速的渐变特性) V C= 0(t Vγ(T1R≤t≤T2R) max R(T2 R ≤t≤T R +T2 R )0 (t>T R+T2 R )) (4) 式中 Vγ=max R[1-(t-T 2R )/(T 1R -T2 R )]; V C———为渐变风风速,m/s; 16(总118) 华 东 电 力 2006,34(2) max R ———最大值,m /s;T 1R ———起动时间,s;T 2R ———终止时间,s;TR ———保持时间,s 。 (4)随机风(风速的随机性一般用随机噪声 风分量来表示) V D =2∑N i =1[S V (ωi )・ Δω]1/2 cos (ωi +φi )(5) ωi =(i -1 2 )・ΔωS V (ωi )= 2K N F 2 |ωi | π2[1+(F ωi /μπ)2]4/3 式中 V D ———随机风风速,m /s; φi ———0～2 π之间均匀分布的随机变量;K N ———地面粗糙系数;F ———扰动范围,m 2 ; μ———相对高度的平均风速,m /s; N ———频谱取样点数; ωi ———各个频率段的频率。 综合上述4种风速成分,实际作用在风力机 上的风速为: V =V A +V B +V C +V D (6)1.3 湍流强度 气流的波动用速度波动分量的均方根来表示 ( v 2),并定义为湍流强度。表示如下: T u = v 2 V m = 1 V m [ 1 T ∫T 0v 2 d t ] 1 2 式中 V m ———10m in 平均值。 2 数据统计及分析 以江苏东台风电场200MW 风电特许项目工程为例。 风资源评估前在规划的风电场位置树立1座70m 测风塔和3座40m 测风塔进行1a 以上测风,记录测风数据及相关要素。结合当地气象站各气象要素的长期观测资料,进行风电场地形、地貌分析,得出区域性气候要素评价。用WA sP 软件进行气象站长期风能数据统计及分析,平均风速年际变化见图1。 风向年平均频率分布见表1,风玫瑰见图2。 表1 气象站年平均风向频率 % 风向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S 频率7687108865 风向SS W S W W S W W WNW NW NNW C 频率 3 3 3 4 4 5 6 6 图1 风速年际变化图 图2 气象站年平均风向频率玫瑰图 (1)统计测风数据完整率 G B /T 1870922002标准中要求现场连续测风 的时间不应少于1年,风电场测风数据完整率按 下式计算:测风数据完整率=(应测数目-缺测数目-无效数据数目)/应测数目×100%。之后进行数据剔除,订正出正确的测风数据。 (2)风速时间序列 经式(2)～式(6)及测风仪记录的数据计算出实测风速时间序列。 (3)实测风切变指数的推算 根据各测风塔不同高度的实测风数据和公式(1)计算风切变指数,见表2。风切变指数用来推 算具体风机轮毂高度的风速时间序列。 表2 风切变指数 高度 /m 年平均风 速/m ・s -1 切变/m 102540506070 6.420.1420.1950.2130.2210.237 60 6.190.1340.1880.2030.208 50 5.960.1250.1830.200 40 5.700.1140.175 25 5.250.082 10 4.87 (4)风功率密度日变化曲线图 由订正后的测风场数据绘制的图形项目包括测风场全年的风速和风功率密度日变化曲线图等。其中,实测年70m 高风速和风功率密度日变化曲线见图3。 (5)测风塔不同高度的实际测风数据 式(2)推算W eibull 参数及湍流强度值(见表 ) 图3 实测年70m高风速和风功率密度日变化图3)。 表3 实测年风速W e i bu ll参数及湍流强度值 塔号站码编号A值K值 湍流强度 最小值最大值平均值 1号10m 5.3 2.090 1.330.28 40m 6.5 2.490 1.330.23 2号10m 5.7 2.170 1.130.21 40m7.0 2.490 2.100.16 3号10m 5.9 2.180 1.130.20 40m7.0 2.500 1.330.16 W eibull参数及湍流强度值用于修正测风塔测风数据。此处的W eibull参数也可通过W as p软件由电子地图及气候要素得出[1]。 3 风电场代表年风能要素分析 典型分析方法如下: (1)线性相关性分析法:把测风塔实测年测风数据与气象站同期测风数据作线性相关性分析,求得相关关系。由气象站长期多年测风数据推求风电场代表年某一高度风能要素。分析时常由不同测风塔与气象站分别作16扇区相关性分析,确定各扇区的相关系数,再把气象站16扇区历年数据推求到代表年数据。 (2)多元线性回归MLT和分类回归树CART 统计法:利用数学统计的方法由气象站资料推求风电场资料。 (3)神经元自适应网络(ANN)分析得出代表数据。利用测风塔短期资料(如1～2月)来学习神经网络。利用附近气象站历年数据推求风场代表年数据。文献[2]中的 ANN由15个神经反馈网络的1个隐层构成。 采用方法(1)作测风塔 1年测风数据与气象站1年测风数据的一元相关性分析,得出的相关系数见图4,相关性0.835较好。 用测风塔1年测风数据与气象站1年测风数据作16扇区相关性分析[3][4]。例如N向3号测风塔1年的测风数据与气象站1年的测风数据相关性公式为y=2.02x+1.04,相关系数0.97。N 向3号测风塔1年的测风数据与气象站同期多年 图4 测风塔1年气象站同期测风数据一元相关关系图 测风数据的相关性,见图5。 图5 测风塔1年气象站多年测风数据的相关性对照图可见,相关性基本一致,所以可由气象站多年的测风数据用上述得到的相关性推求风电场代表年的风能数据。也可以用方法(2)、(3)作相关性分析,推求风能要素,但方法(2)其需构建的数据库庞大。而方法(3)中目前已有的ANN网络构建于1996年,具有局限性。新建ANN难度大,须进一步研究,不如方法(1)具可取性。 利用风切变指数推算风电场代表年风机高度的各风能要素,风向和风能频率、风速频率数据。其中推得的代表年70m风速和风功率密度日变化,见图6。 图6 代表年70m风速和风功率密度日变化图 通过对风电场测风资料的统计分析可知,场址东部风速和风能密度较高,70m高年平均风速分别为6.21m/s,相应年平均风功率密度为241 W/m2。场区全年盛行东南风,风向有利于拟选场址(南北走向)风力机组的布置,是建设大型风电场的较好场址。 第34卷 第2期2006年2月华 东 电 力Feb.34 No.2 Jan. 2006 4 结论 由分析过程可知,利用W eibull参数推求该地的尺度参数及形状参数,利用四分量风速模型修正测风数据,利用测风塔1年测风数据及相关气象站同期及多年测风数据推求风电场的代表年风能要素,并做风能评估,具有可行性和实用性,是适合大规模风力发电场的。 参考文献: [1] Lange,B ernhard;H jstrup,J rgen.Evaluati on of the w ind2res ource esti mati on p r ogram WA sP for offshore app li2 cati ons[J].Journal of W ind Engineering and I ndustrial A er odynam ics Volume:,Issue:324,M arch,2001, pp.2712291 [2]Bechrakis,D.A.;Deane,J.P.;McKeogh,E.J.W ind re2 s ource assess ment of an area using short ter m data correlated t o a l ong ter m data set[J].Solar Energy Volume:76,Is2 sue:6,2004,pp.7252732 [3]Dorvl o,A.S.S.,2002.Esti m ating wind s peed distributi on. Energy Convers.Manage[J].43,231122318. [4]孟庆和,鲁宗相,吴俊玲,等.大型风力发电场接入电力 系统问题的研究(中国电力规划设计协会重点项目) [J].华北电力设计2005,29(1) 收稿日期:2005210215 华东电网抽水蓄能电站发展前景 及建设管理模式探析 陈志平,万炳才 (华东电网公司,上海 200002) 摘 要:从华东电网电源的现状及构成特点为出发点,分析华东电网建设抽水蓄能电站的必要性和前景;同时对现有建设的管理模式加以分析,以探索更为合理、高效和适应未来抽水蓄能电站的建设模式。 关键词:华东电网;抽水蓄能电站;建设管理模式 作者简介:陈志平(19632),男,高级工程师,主管,从事电力工程建设管理工作。 中图分类号:T M612 文献标识码:B 文章编号:100129529(2006)022******* D evelop m en t prospects and manage m en t m odes of con structi on for pu m ped2storage power st a ti on s i n Ea st Ch i n a Power Gr i d CHEN Zhi2ping,WAN B ing2cai (East China Grid Co.,L td.,Shanghai200002,China) Abstract:The necessity and p r os pects of constructi on of pu mped2st orage power stati ons in East China Power Grid are analyzed based on the current situati on and structure characteristics of power s ources of the Grid.The manage ment modes for constructi on of this type of power stati ons are discussed in order t o exp l ore f or a more reas onable and effec2 tive constructi on mode suitable for future pu mped2st orage power stati ons. Key words:East China Power Grid;pu mped2st orage power stati on;manage ment mode f or constructi on 1 华东电网电源概况及建设抽水蓄能的必要性 近年来,华东抽水蓄能电站得到了很大的发展,已建成的有天荒坪(1800MW)、沙河(10 MW)、溪口(8MW)和响洪甸(8MW)抽水蓄能电站,总装机容量2060MW。正在建设的有桐柏 (1200MW)、宜兴(1000MW)、琅琊山(600 MW)抽水蓄能电站,共计2800MW。 截止于2004年底,全网总装机容量为97.184G W,电网电源构成见表1。 从表1可见,华东电网是以火电为主的电网,水电比重小,区域内可供开发常规水电的资源很少。目前在华东电网中核电的比例不高,根据国下载本文
