任务二　复杂地形风资源的测量与评估

学习目标：

1.了解复杂地形特点。

2.熟悉复杂地形测风塔的安装。

3.学会复杂地形测风数据分析。

4.掌握复杂地形风资源的计算方法。

5.掌握复杂地形风资源的评估方法。

目前，我国风电场风能资源评价遵循的有关标准主要包括《地面气象观测规范》（中央气象局）、《风力发电场项目可行性研究报告编制规范》《风电场风能资源测量方法》（GB/T 18709—2002）、《风电场风能资源评估方法》（GB/T 18710—2002）、《风电场工程技术标准》（中国水电水利规划设计总院，2007）等。以上相关标准只是针对平坦地形场址内已有的测风塔资料，并结合附近区域气象站观测资料进行统计、分析及评估，通过单点（测风塔、气象站）数据分析结果来反映风电场场址区域内的风能资源分布。以上分析结果在三北及平坦地形区域内会有一定的代表性，但随着目前风电场区域逐步扩展，地形条件也越来越复杂，风能资源随着地形的变化会有很大的区别。对复杂地形场址区域内的风能资源评估，并不只能局限在对测风塔及气象站资料评估研究，且应用WAsP风流线形模型不能计算同一流体的两个回流区的复杂地形风资源，为此要通过现有的气象资料及结合先进的流体力学软件，采用多测风塔综合地貌及风切变拟合修正的风资源评估方法对复杂地形风电场风资源进行测量评估。本任务通过以西南某风电场为例，进一步说明复杂地形条件下的风能资源评估过程。

一、地形分析

本任务中所列举的风电场场址地形地貌属于山地丘陵，地形较为复杂，场址中心地理坐标约为东经111°20′12″，北纬24°42′05″，区域平均海拔在280～870m之间，总体地势由北部白鸡岭逐步向南到蚊帐岭为峰点，再继续向南延伸至东冲岭、油麻岭时海拔逐渐走低，天堂岭向（西北—东南）两侧延成一条连绵的山脊，天堂岭向西北延至金子岭，达到峰点后地势逐渐走低，东南侧山脊也呈逐渐走低的趋势。从大区域地形走向上看，风电场所在区两侧地形高而中部地形较低，易形成“狭管效应”，构成南、北气流的“通道”，使得该区域以正北正南风为主，山脊走向风与主导风向的垂直使得该区域的风能得到更好的开发利用，如图1-2-1所示。风电场所在地区通公路、铁路，场内地形较平缓，场址内外不存在制约设备运输因素

二、场址区域内测风数据概况

（一）气象站资料

收集到气象站1981—2010年历年年平均风速，如图1-2-2所示。气象站多年（1981—2010年）年平均风速为2.50m/s，多年年际风速变幅在1.9～3.1m/s之间，最大风速年为1983年（3.1m/s），最小风速年为1994年（1.9m/s）。从风速的年际变化上取5～10年为一段来分析，如图1-2-3所示。气象站近30年年平均风速为2.5m/s，近25年平均风速为2.4m/s，近20年平均风速为2.3m/s，近15年平均风速为2.3m/s，近10年平均风速为2.2m/s，近5年平均风速为2.3m/s。

（二）测风塔资料

风电场场内立有主版号为10666号测风塔，塔高70m，海拔467m，地理坐标为东经111°20′17.1″，北纬24°42′17.9″；主版号为10940号，塔高70m，海拔645m，地理坐标为东经111°20′15.3″、北纬24°41′1.8″。两塔海拔相差178m，如图1-2-4所示。

（三）测风塔资料分析

10666号、10940号测风塔因地理位置不同，导致月平均风速大小不等。各测风塔80m高度月平均风速对比分析结果见表1-2-1，主导风向对比见表1-2-2，可以看出，两测风塔80m高度代表年平均风速分别为7.6m/s、5.3m/s，两座测风塔月平均风速总体变化趋势基本一致。从图1-2-4上分析各测风塔风速差异的原因，10940号测风塔四周地形最开阔，位置海拔高，且处于南北风速通道上风向上基本无阻挡。10666号测风塔位置海拔较低，周围环境较复杂，其三面有环山，且距离较近，湍流较大，风速受峡谷风影响切变较大。

（四）测风塔的选取

根据上述各测风塔不同风能指标分析，结合场内两塔具体地理位置、地形地貌具体因素发现：风电场地势南高北低，10666号基准海拔467m，与10940号测风塔基准海拔（645m）相差178m，10666号测风塔地处局部山谷之中，受周围高海拔山脊影响，该塔与10940号测风塔两高度风向有所偏差，与大地形下的盛行风向偏差尤为明显。风速也受地形影响较明显（10666号与10940号测风塔70m高度同期风速相差2.3～3.3m/s），两测风塔所测数据的差异受海拔、所处地理位置、周围环境等因素影响居多，同时考虑风电场可利用区域海拔在400～800m之间，而10940号测风塔从所处地理位置、所测风速、风向上更具代表性。综合考虑上述因素，为更合理地评估场址风能资源分布，选择10940号测风塔实测数据进行风电场的风能资源评估，同时参考10666号测风塔实测数据进行验证分析。

三、场址区域内风能资源计算

根据风电场风能资源分析所确定的历时风速、风向系列资料，结合选定的风电机组机型功率曲线和风机布置方案，借助风能资源评估软件MeteodvnWT，进行风电场年发电量计算。通过WT软件，利用场内测风塔风数据，模拟出以场内中心点向外延伸8km为半径的资源分布。由风速图例可以看出，风电场沿山脊机位点80m高年平均风速在5.8～7.2m/s之间较为集中，与场内测风塔实测风速值较为吻合。由风功率密度图例可以看出，风电场沿山脊机位点80m高年平均风功率密集中分布在328～435W/m2之间。

四、结论

以上是对复杂地形风电场风能资源评估的一个基本流程，通过以上分析，利用已有的测风塔资料和先进的流体力学软件进行风电场区域内的风能资源分布分析，为进一步合理开发风电场风能资源提供了有利的技术支持。对于复杂地形条件下的风电场风能资源的评估研究，不能只局限于对测风塔和气象站资料分析，还要与整个风电场的开发结合在一起，这样才能更加科学、客观地指导设计工作。

任务回顾与思考

1.试述复杂地形的特点。

2.试述复杂地形风能资源计算方法。

3.试述复杂地形风能资源的评估。