风电厂风能资源分析与评价

　第32卷第8期华电技术

Vol .32　No .8 2010年8月Huadian Technol ogy

Aug .2010　

风电厂风能资源分析与评价

郝庆福a

,刘延泉a

,王坤

b

(华北电力大学　a .控制与计算机工程学院;b .经济与管理学院,河北保定　071003)

摘　要:依据某风电场所处地区气象站提供的资料,对风能基本要素进行了分析与整理,得到了测风塔的风速、风功率密度、风速频率和风能频率分布等修正数据。从分析结果看,该地区风能资源丰富、有效风时数高、风向稳定、风能分布集中和破坏性风速小,适宜风电场建设。关键词:风能资源;综合分析;评价;风力发电场

中图分类号:T M 614 文献标志码:A 文章编号:1674-1951(2010)08-0076-04

收稿日期:2010-04-04

1　风电场所处地区气象站资料

1.1　气象要素

本文基于场地位于内蒙古自治区某风电场二期49.5MW 工程项目,根据当地的气象站提供的资料,

对该工程所在的地区的风能资源进行分析与评价。

该工程采集到的气象站资料包括:

(1)1959年至测风年各年逐月平均风速;(2)2006年9月1日至2007年8月31日逐时

平均风速风向;

(3)其他常规气象要素。1.2　平均风速

该气象站近30年(1976年至测风年)的年平均风速相对较稳定,在5.0～5.8m /s 之间,只有2000年各月平均风速明显偏高,年平均风速达6.2m /s 。可见,2000年属于大风年。1.3　风向频率

由该气象站1977—2006年共30年实测资料统计,得到该地区多年和测风年的各风向频。根据该统计结果,气象站近30年的主导风向集中于SE ～W 方向。测风年主导风向与其基本一致[1]

。

1.4　风电场测风情况

#

1测风塔各高度实测风速相关系数见表1,由表

1可见,测风塔各高度间风速具有良好的相关性。

为了有效评估风电场的风能资源,应对原始的测风数据进行验证,检验其连续性、完整性和合理性,检验出不合理的数据和缺测数据,根据G B /T 18710—2002《风电场风能资源评估方法》对其进行处理,经统

计计算,

#

1测风塔的有效数据完整率为97.4%,

满足G B /T 18710—2002《风电场风能资源评估方

表1　#1测风塔各高度间风速相关系数

测风塔高度/m

系数

70m

50m 30m 10m 70 1.00

0.990.980.9150 1.00

0.990.9330 1.00

0.9610

1.00

法》中有效数据完整率应在90%以上的要求[2]

。

2　风能基本要素分析

2.1　50年一遇最大平均风速

利用气象站多年最大风速资料,采用Gu mbel 型进行频率计算,再由气象站与风场的相关关系,结合风场的实际风况,得到风电场10m 高度50年一遇、10m in 最大风速为27.9m /s 。

对测风塔70m 高度、风速大于或等于20m /s 的风速进行统计并计算其与10m 的风切变指数值,根据计算,风速≥20m /s 的70m /10m 最大风切变指数为0.11。再由该风切变指数关系,结合风场的实际风况,得到风场通常轮毂高度的50年一遇最大风

速(空气密度为1.225kg /m 3

)。2.2　空气密度

根据风电场测风塔2006年9月1日—2007年8月31日测风数据,得出年平均气压为84.08kPa,年平均气温为8.6℃,平均空气密度ρ采用下式计算

ρ=p /(R ×T ),

式中:p 为年平均气压;T 为年平均热力学温度;R 为气体常数,R =287J /kg;计算得到风场地区平均空

气密度为1.04kg/m 3

。2.3　风切变指数

在近地面层中,假设大气层结为中性,乱流将完全依靠动力原因来发展,这时风速随高度变化服从

　第8期郝庆福,等:风电厂风能资源分析与评价?77?　

普朗特经验公式;风速随高度增加将有显著变化,但

由于地表面粗糙度不同,风速随高度的变化也不同,

在此使用幂次律的风廓线公式可求得风切变指数

v n/v i=(z n/z i)α,

式中:v

n

,v i分别为高度在z n,z i处的风速;α为风切

变指数,其取值与地表面粗糙度有关。

根据风电场测风塔各高度的测风资料,求解可

得出α值。

2.4　湍流强度

湍流强度是脉动风速的均方差与平均风速的比

值,即

I T=σ v,

式中:I

T

为湍流强度;σ为10m in风速标准偏差, m/s; v为10m in平均风速,m/s。

根据风电场测风塔各高度的测风资料统计可得出风电场各高度的湍流强度值。

3　资料分析与整理

3.1　测风塔与气象站的相关分析

该项目将#1测风塔70m、10m高度处的测风年数据与气象站同步实测的风速、风向数据进行16个风向扇区的相关分析,相关函数采用线性方程y= kx+b,其中:y代表风电场风速;x代表气象站风速。经分析气象站与风电场测风塔70m、10m高度的测风数据在绝大多数风向扇区上有很好的相关性。

3.2　测风塔数据的长期性修正

根据G B/T18710—2002《风电场风能资源评估方法》,应对风电场测风年数据进行订正。根据风电场附近的气象站长期的观测数据,将验证后的风电场测风数据订正为一套能够反映风电场长期平均风况的代表性数据。

3.3　风速和风功率密度

风电场70m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大。每年的4月与6—9月风速及风功率密度相对较小,平均风速变幅为6.5～7.5 m/s,风功率密度变幅为241.4～384.7W/m2;其他各月平均风速变幅为7.7～10.6m/s,风功率密度变幅为390.6～935.5W/m2;全年平均风速为8.0 m/s,平均风功率密度为486.68W/m2。

风电场50m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大,接近于70m高度的变化。其中,每年的4月与6—9月风速及风功率密度相对较小,平均风速变幅为6.2～7.3m/s,风功率密度变幅为205.6～341.8W/m2;其他各月平均风速变幅为7.5～10.1m/s,风功率密度变幅为347.8～814.6 W/m2;全年平均风速为7.7m/s,平均风功率密度为427.2W/m2。

风电场30m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大,但比70m高度和50m高度已缓和。每年的4月与6—9月风速及风功率密度相对较小,平均风速变幅为6.1～7.0m/s,风功率密度变幅为185.6～303.1W/m2;其他各月平均风速变幅为7.1～9.6m/s,风功率密度变幅为291.8～699.8W/m2;全年平均风速为7.4m/s,平均风功率密度为362.4W/m2。

风电场10m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大,每年的4月与6—9月风速及风功率密度相对较小,平均风速变幅为5.1～5.9m/s,风功率密度变幅为108.8～180.2W/m2;其他各月平均风速变幅为6.0～8.1m/s,风功率密度变幅为178.6～458.2W/m2;全年平均风速为6.2m/s,平均风功率密度为224.1W/m2。

3.4　风速频率和风能频率分布

经分析作者认为,风电场70m高度测风年风速的众值都出现在3～12m/s区间,约占全部风速分布的79%;风能的众值都出现在8～16m/s区间,约占全部风能的75%。

50m高度测风年风速的众值都出现在3～11 m/s区间,约占全部风速分布的77%;风能的众值都出现在7～15m/s区间,约占全部风能的75%。

30m高度测风年风速的众值都出现在3～11m/s 区间,约占全部风速分布的81%;风能的众值都出现在7～16m/s风速区间,约占全部风能的82%。

10m高度风速的众值都出现3～9m/s区间,约占全部风速分布的79%;风能的众值都出现在5～14m/s风速区间,约占全部风能的80%。

通常采用W eibull分布作为风速的经验分布, W eibull分布曲线的形状参数A和尺度参数K估算结果见表2。

表2　测风年高度W eibull分

布曲线参数A,K值

高度/m A/(m?s-1)K

709.1 2.16

508.8 2.17

308.4 2.33

10 6.9 2.04

3.5　风向及风能方向频率

风电场70m高度测风年的全年风向、风能频率分布见表3。经分析,风电场风能主要集中于135°～

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270°(SE～W)之间,占总风能的87%。

风电场10m高度测风年的全年风向、风能频率分布见表4。经分析,风电场风能主要集中于125°～247.5°(SE～W S W)之间,占总风能的86%。

由以上分析可知,风电场70m高度风向主要集中在202.5°～270°(SS W～W)之间,10m高度风向主要集中在135°～225°(SE～S W)之间,气象站近30年的主导风向集中于SE～W方向。风电场与气象站风向存在一定偏差。

对位于该期风电场东面的#6631测风塔的风向频率统计结果进行比较,#6631测风塔距离该期风电场约13k m,地理位置为N41°31.745′,E 106°54.549′,塔高80m,测风时段2007年1月1日至2007年12月31日。

2个测风塔的70m和10m高度风向频率统计结果见表5和表6。可见,虽然这2个测风塔的资料不在同一时段,但可以看出2个塔的主导风向基本一致,存在偏差是由于所选测风时段不同和地形差异所致。#1测风塔的风向基本能代表该期风场的风向。

表3　70m高度测风年全年风向、风能频率统计

风向、风能频率统计

风向

N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SS W S W W S W W WNW NW NNW C

风向频率/%4454436549241473220风能频率/%222221106382921102110

表4　10m高度测风年全年风向、风能频率统计

风向、风能频率统计

风向

N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SS W S W W S W W WNW NW NNW C

风向频率/%123445119151912632110风能频率/%1122231511152214920010

表5　测风塔70m高度测风期风向频率统计结果%塔号

风向

N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SS W S W W S W W WNW NW NNW C #14454436549241473220 #66315333238853822136440

表6　测风塔10m高度测风期风向频率统计结果%塔号

风向

N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SS W S W W S W W WNW NW NNW C #1123445119151912632110 #6631533222810551617115430

4　风电场风能资源分析和评价

4.1　风电场测风情况概述

风速和风功率密度与测风年相同、风速和风能频率分布与测风年相同、风向及风能方向频率与测风年相同。

4.1.1　风速和风功率密度

该工程采用的机型轮毂高度为70.0m、65.0m 和61.5m,根据相邻高度的指数切变曲线,可推算出各高度的风资源概况[5]。各轮毂高度W eibull分布曲线参数A,K值见表7。

表7　各高度W eibull分布曲线参数A,K值

轮毂高度/m A/(m?s-1)K

61.59.0 2.16

65.09.0 2.16

70.09.1 2.164.1.2　风向

轮毂高度65m和61.5m的风向可参考测风塔的70m风向。

4.1.3　风电场风功率密度等级

根据G B/T18710—2002《风电场风能资源评估方法》中“风功率密度等级表”,可判断项目场区的风功率密度等级,风电场50m、30m及10m高度代表年平均风速、风功率密度见表8。

表8　风电场各高度风速、风功率密度

测风高度/m风速/(m?s-1)风功率密度/(W?m-2) 507.7427.2

307.4362.4

10 6.2224.1

4.2　风电场风能资源总体评价

4.2.1　风能资源丰富

风电场测风塔70m、10m高度处代表年平均风

　第8期郝庆福,等:风电厂风能资源分析与评价?79?　

速分别为8.0m/s和6.2m/s;年平均风功率密度分别为486.6W/m2和224.1W/m2。

4.2.2　有效风时数高

风电场测风塔70m、10m高度处代表年有效风速小时数分别为7898h(3～25m/s)、7786h(3～25 m/s)。

4.2.3　风向稳定,风能分布集中

风电场70m高度代表年风向及风能主要集中于135°～270°(SE～W)之间,占总风能的86%。4.2.4　破坏性风速小

65m高度处50年一遇最大风速为33.6m/s,湍流强度为0.06。

5　结束语

综上所述,该风电场70m高度年平均风速为8.0m/s,年平均风功率密度为486.6W/m2,风功率密度等级属于4级,该风电场空气密度为1.04 kg/m3,70m高度对应15m/s风速段平均湍流强度小于0.06,主导风向为202.5°～270.0°(SS W～W),风电场70m高度50年一遇最大风速订正到标准空气密度下为33.9m/s。其年有效风速小时数达7 898h(3～25m/s),风能资源丰富,具备较高的开发价值,适宜建设大型风电场。

参考文献:

[1]高国栋,陆渝蓉.气候学[M].北京:气象出版社,1988:

78-79.

[2]G B/T18710—2002,风电场风能资源评估方法[S].

[3]刘万昆,张志英.风能与风力发电技术[M].北京:中国

电力出版社,2005:134-136.

[4]王承煦.风力发电[M].北京:中国电力出版社,2003:

89-90.

[5]苏绍宇.风力发电设计理论[M].北京:中国电力出版

社,2003:35-40.

(编辑:王书平)

作者简介:

郝庆福(1982—),男(蒙古族),内蒙古突泉人,在读硕士研究生,从事风能资源方面的研究。

(上接第69页)联用水系统和回用水系统,提高水的重复利用率。

(2)推广浓缩倍数大于4.0的水处理运行技术,提高循环冷却水的浓缩倍数,实现循环冷却水系统零排放,或使其排污量相当于冲灰水量。

(3)推广浓浆成套输灰、干除灰、冲灰水回收利用等节水技术和设备。

(4)推广没有污水外排的水工工艺系统,实现废水零排放。

(5)新上项目加强节水管理,减少非生产水消耗。

多种节水技术联合使用已经成为火电厂节水技术的发展趋势,但火电厂节水涉及电厂锅炉、汽机、水工、化学、除灰及环保等专业,是一项系统工程,从设计至投运各个环节不但要考虑环境的承受力,也要考虑经济效益,必须做到电力发展与环境保护相协调。

参考文献:

[1]付丽霞,吴立波.中水回用技术发展现状[J].科技信息,

2009(19):39.

[2]朱蕾,王文科.矿坑排水资源化[J].煤炭技术,2008,27

(9):141-142.

[3]王圣,朱法华.火电厂空冷机组水耗及煤耗性能分析

[J].环境科学与管理,2008,32(5):46-48.

[4]秦立新,张建福,吴清.水平衡前后节水效果分析[J].华

电技术,2008,30(2):70-73.

[5]孙育文,周军.海水淡化预处理系统选择[J].华电技术,

2008,30(5):76-78.

[6]窦旺,邹恩林.变频器在电厂工业水系统节能改造中的

应用[J].华电技术,2009,31(5):76-77.

[7]李长志,段波,李忠秀,等.生活污水回收处理系统的调

试分析[J].华电技术,2009,31(7):68-72.

[8]黄涛,姜靖雯.海水作为脱硫工艺水的可行性分析[J].

华电技术,2009,31(9):72-74.

[9]白绍桐,范晓鹏.发电及海水淡化项目以循环经济模式

联合建设的可行性研究[J].华电技术,2009,31(12): 66-68.

[10]王新光.节水农业与农业节水技术[M].北京:气象出

版社,1993.

[11]陈文权,李香华.节水型社会指标与水生态系统健康关

系分析[J].节水灌溉,2010(7):14-18.

[12]王礼先.生态环境用水界定和计算方法[J].中国水利,

2002(10):28-30.

[13]王新华.消费模式变化对虚拟水消费的影响[J].中国

农村水利水电,2006(2):32-34.

[14]陈家琦,王浩.水资源概论[M].北京:中国水利水电出

版社,2009.

[15]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.

北京:中国环境科学出版社,2002.

(编辑:王书平)

作者简介:

沈明忠(1968—),男,浙江桐乡人,高级工程师,从事环保技术研究及管理方面的工作。

韩买良(1963—),男,陕西蓝田人,高级工程师(教授级),从事电力水处理设计研究及技术管理方面的工作。

　第8期Abstracts?83?　

Abstract:The fact ors influencing on the reheater atte mperating water were analyzed,which include the ther mal l oad characteris2 tics of boiler,the s oot bl owing op ti m izati on,the combusti on ad2 just m ent,the operati on mode of unit,the equi pment manage2 ment and others.A i m ing at the typ ical conditi on of boiler,the characteristics of atte mperating water were discoursed,and the relevant operati on technol ogy f or contr olling reheater attemperat2 ing water was p r oposed.Then the p r oble m of the reheater atte m2 perating water,the quantity of which was t oo large at l ong ti m e, was s olved successfully,and a more reliable reference was p r o2 vided f or reheater atte mperating water contr ol in power generati on enter p rise.

Key words:latent heat of evaporati on;heat2abs orbing share; saturati on te mperature;flue gas te mperature;s oot2bl owing

10-08-61　M a tters need i n g a tten ti on i n TS I sys2 te m overhaul of335W un it and adjustm en t sche m e ZHANG Q i n g2guo(Huadian I nternati onal Zouxian Power Plant,Zoucheng273522,China)

Abstract:The p r oblem s occurred in335MW turbine TSI syste m overhaul of Huadian I nternati onal Zouxian Power Plant were ana2 lyzed.According t o the p ractical situati on,the matters needing attenti on and adjust m ent scheme,pur pose of which is t o enhance the TSI system stable operati on perf or mance,were put for ward. According t o this scheme,the adjust m ent values of TSI detect ors were corrected,the require ment gap width of TSI system meas2 ure ment p r obes were ensured,and the accuracy of the alar m val2 ue and the tri p value set in TSI syste m was ensured t oo.Then the adjust m ent of TSI according t o this sche me gave favorable effects.

Key words:TSI syste m(turbine supervisi on instru ment sys2 te m);overhaul;adjust m ent;sche me

10-08-64　Ana lysis on env i ronm en t a l polluti on and wa ter con su m pti on ra te pred i cti on m odel of t2 herma l power pl an t

S HEN M i n g2zhong,HAN M a i2li a ng(China Huadian Engi2 neering Cor porati on L i m ited,Beijing100035,China) Abstract:The classes of the main polluti on in ther mal power p lant were intr oduced.Based on this,the investigati on results of the water consu mp ti on and the pollutant discharge a mount of ther mal power p lant were expounded.The current situati on of water utilizati on in domestic ther mal power p lants and the poten2 tial in water saving were analyzed;and a water consu mp ti on rate p redicti on model f or ther mal power p lants was built.The i m2 p r ove ment measures and sche me for water saving were put f or2 ward t o raise the water utilizati on efficiency and reduce the waste water discharge.

Key words:envir on mental polluti on;water consu mp ti on rate p re2 dicti on model;water res ources utilizati on;water saving technol ogy 10-08-70　W a stewa ter trea tm en t technology for lim e stone2gypsu m W FGD syste m

LΒX i n2feng(Shenhua Zhejiang Guohua Zheneng Power Gener2 ati on Cor porati on L i m ited Plant B,N inghai315612,China) Abstract:A i m ing at the features of comm issi oning and operati on of the waste water treat m ent system in wet FG D p r oject of Guohua N inghai Power Plant p r oject phase II(2×1000MW),the s ources,the quality and the treat m ent p r ocess fl ow of the waste water were analyzed.The operati on para meters of the waste water treat m ent and the la ws of rati onal operati on for the waste water treat m ent syste m were su mmarized.Some relevant ra2 ti onal p r oposals f or waste water treat m ent operati on were put f or2 ward,which can be used as reference for the sa me p r ofessi onal in waste water treat m ent of ther mal power p lant.

Key words:li m e st one2gyp su m wet flue gas desul phurizati on; waste water treat m ent;p r ocess fl ow;water quality feature

10-08-73　Ana lysis on develop m en t situa ti on of w i n d power genera ti on syste m

W ANG X i u2li(Engineering School of Shanxi University, Taiyuan030013,China)

Abstract:The devel opment situati ons of wind power generati on system,domestic and abr oad,were intr oduced;the researching status on domestic wind power generati on was described.Several wind power generati on modes commonly used in p ractice were https://www.360docs.net/doc/f310753575.html,bining with the trend of p resent wind power de2 vel op ing in large scale,s ome p r oble m s existing in the wind pow2 er devel opment were put f or ward;and combining with the p rac2 tice,the relevant suggesti ons were given.

Key words:wind power generati on;devel opment situati on;a2 nalysis

10-08-76　Ana lysis and eva lua ti on of w i n d ener2 gy resource of w i n d power pl an t

HAO Q i n g2fu a,L IU Yan2quan a,W ANG Kun b(a.School of Contr ol and Computer Engineering;b.Business Ad m inistrati on School,North China Electric Power University,Baoding071003, China)

Abstract:According t o the inf or mati on p r ovided by the weather stati on of the area,in which a wind power p lant l ocates,the es2 sential fact ors of the wind energy were analyzed and neatened, and the revised data of the wind s peed,the wind power density, the frequency of wind s peed,the frequency of wind energy in the wind measuring t ower were obtained.The analysis results show that the area is rich in wind energy res ource,its nu mber of hours of effective winds is larger,its wind directi on is stable,the wind energy distributi on is centralized,and the destructive wind s peed is s maller,s o the area is suitable t o build the wind power p lant. Key words:wind energy res ources;comp rehensive analysis;e2 valuati on;wind power p lant