第三章 风资源评估
风力发电场的风资源评估与优化设计
风力发电场的风资源评估与优化设计随着对环境保护意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，风力发电成为了一种重要的替代能源形式。
为了确保风力发电场的高效运行，需要对大型风力涡轮发电机的风资源进行评估和优化设计。
本文将就风资源评估的方法、风电场的优化设计等问题进行探讨。
首先，风资源的评估是风力发电场规划和设计的基础。
风资源评估的目标是确定一个特定地点和时间段内的风能潜力。
评估过程通常包括数据收集、数据分析和风能资源估计。
数据收集通常通过设立测风塔、利用测风雷达等手段进行，以获取各种高度的风速、风向、湍流强度等数据。
数据分析主要包括统计学分析、时间序列分析和空间插值等方法，以推断出长期的风能特征。
风能资源的估计可以根据所收集到的数据和分析结果采用各种统计学和工程模型进行。
其次，针对风电场的优化设计，考虑的因素包括风机布置优化、风机容量优化和电网连接优化等。
风机布置优化旨在确定风机的最佳布置方案，以最大程度地利用可用空间并减少风机之间的相互遮挡效应，从而提高风电场的发电效率。
风机容量优化涉及到确定每台风机的最佳额定容量，以实现整个风电场在可用风能潜力下的最大发电量。
电网连接优化则是考虑到风电场的接入能力，选择最佳的电网接入点和电网升级方案，以确保风电场的可靠供电。
另外，风力发电场在优化设计中还需要考虑环境影响的评估和管理。
由于风力发电机的运行会产生一定的环境影响，如噪音、电磁辐射等，需要对其进行评估和管理。
评估包括对风电场周边环境的调查和监测，以确定环境因子的基线数据和对环境的潜在影响。
管理则涉及制定和实施控制措施，以保护周边环境和相关利益相关者的权益。
另外，风力发电场设计中还需要考虑生物多样性保护、土地利用和景观保护等问题。
最后，技术创新对于风力发电场的风资源评估和优化设计也具有重要意义。
随着风力发电技术的不断进步，如更高的塔架和更大的风轮直径，以及智能化控制系统的应用，风资源评估和优化设计的准确性和效率也得到了提高。
风电场风能资源测量和评估技术规定 30页
风电场风能资源测量和评估技术规定第一章总则第一条为加强风电场风能资源测量和评估技术管理，统一和规范工作内容、方法和技术要求，提高工作成果质量，根据国家标准GB/T 18709—2002《风电场风能资源测量方法》和GB/T 18710—2002《风电场风能资源评估方法》，制定《风电场风能资源测量和评估技术规定》（以下简称本规定）。
第二条本规定适用于规划建设的大型风电场项目，其它风电场项目可参照执行。
第二章风能资源测量第三条测风塔位置和数量1 测风塔安装位置应具有代表性1）测风塔安装点应在风电场中有代表性，并且周围开阔；2）测风塔安装点靠近障碍物如树林或建筑物等对分析风况有负面影响，选择安装点时应尽量远离障碍物。
如果没法避开，则要求测风点距离障碍物的距离大于10倍障碍物的高度。
2 测风塔数量应满足风能资源评估要求测风塔数量应满足风电场风能资源评价的要求，并依据风场地形复杂程度而定。
对地形比较平坦的大型风电场，一般在场址中央选择有代表性的点安装1 个70m高测风塔。
在测风塔70m和40m高度分别安装风向标测量风向，在10m、25m、40m、50m、60m和70m分别安装风速仪测量风速，在 3m高度附近安装气压计和温度计测量气压和温度。
另外，在70m塔周围应再安装3～4个40m高测风塔，在40m测风塔的40m和25m高度分别安装风向标测量风向，在10m、25m和40m 高度分别安装风速仪测量风速。
对地形复杂的风电场，测风塔的数量应适当增加。
第四条测量参数1 风速参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的平均风速，每10分钟的风速标准偏差，每10分钟内极大风速及其对应的时间和方向。
单位为m/s。
2 风向参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的风向值。
风向采用度来表示；也可以采用区域表示，区域共分为16等分，每个扇形区域含22.5°。
3 温度参数应每10分钟采样一次并记录，单位为℃。
风电场工程技术手册
风电场工程技术手册导言风电场作为一种新兴的可再生能源发电方式，越来越受到关注。
本工程技术手册旨在为从事风电场建设和运维的人员提供一份全面的指导手册。
手册涵盖了从风电场规划、设计、建设到运维的整个流程，详细介绍了各个环节的关键要点和技术要求，帮助读者全面了解风电场的建设和运维过程。
第一章风电场规划和选址1.1 风资源评估1.2 选址考虑因素1.3 风电场规划原则1.4 环境影响评价第二章风电场设计2.1 风机选择与布局2.2 主变压器和配电系统设计2.3 输电线路设计2.4 基础设计2.5 道路和设施设计第三章风电场建设3.1 施工准备3.2 主要施工流程3.3 安全管理与质量控制3.4 施工监理与验收第四章风电场运维4.1 常规巡检与维护4.2 风机故障与维修4.3 运行数据监测与分析4.4 快速响应和事故处理4.5 定期检修与升级第五章风电场管理5.1 运行管理与绩效评估5.2 运维人员培训与管理5.3 保险和风险管理5.4 社区和环境管理第六章新技术和趋势6.1 智能风电场技术6.2 储能技术在风电场的应用6.3 风-光综合能源系统6.4 未来风电场发展趋势结语本风电场工程技术手册通过系统性地介绍了风电场建设和运维的各个环节，提供了一份实用的指南供从业人员参考。
在风能资源日益稀缺的今天，风电场作为一种可再生的清洁能源发电方式，将发挥越来越重要的作用。
希望本手册能帮助读者更好地理解和掌握风电场工程技术，为推动可持续能源发展做出贡献。
注：本手册所有内容均为技术指导，未经授权禁止转载或用于商业目的。
如有疑问，请咨询相关专业人士。
风资源评估流程及方法
风资源评估流程及方法Wind resource assessment is the process of determining the potential for wind energy generation at a specific location. 风资源评估是确定特定地点风能发电潜力的过程。
This involves collecting and analyzing data on wind speed, direction, and turbulence, as well as the characteristics of the local terrain. 这涉及收集和分析风速、风向和湍流数据，以及当地地形的特征。
The goal is to determine the likely energy output of a wind turbine at the site, and to assess the feasibility of a wind energy project. 目标是确定风力发电机在该地点的预计能量输出，并评估风能项目的可行性。
The first step in the wind resource assessment process is to collect wind data. 风资源评估过程中的第一步是收集风力数据。
This can be done using meteorological towers equipped with anemometers and other sensors, or by analyzing existing wind data from nearby sources. 这可以通过使用装有风速计和其他传感器的气象塔来完成，也可以通过分析附近来源的现有风数据来完成。
The data collected typically includes information on wind speed and direction at various heights above the ground, as well as other meteorological parameters. 收集的数据通常包括地面上方各个高度处的风速和风向信息，以及其他气象参数。
风能资源的评估和开发潜力分析
风能资源的评估和开发潜力分析1. 风能资源的现状及重要性风能作为一种清洁、可再生的能源资源，具有巨大的开发潜力。
随着全球能源需求的增长和环境问题的日益突出，风能作为一种替代传统化石能源的能源形式备受重视。
通过对风能资源的评估和开发潜力分析，可以更好地利用这一资源，推动可持续能源的发展。
2. 风能资源评估的方法评估风能资源的方法主要有风速测量、气象资料分析、数值模拟等。
其中，风速测量是最直接的方法，通过设置风速测量塔或利用无人机等技术获取实时风速数据。
而气象资料分析则是通过历史气象数据和地理信息系统技术，对不同地区的风能资源进行量化分析。
另外，数值模拟则可以通过建立数学模型，模拟不同地区的风能资源分布情况。
3. 风能资源的空间分布风能资源的空间分布主要受到地球自转、地形地貌、气候环境等因素的影响。
一般来说，海岸线、山脉、平原等地形地貌复杂的地区风能资源更为丰富。
此外，气候环境也会对风能资源的分布产生影响，例如温带季风气候和大陆性季风气候的地区风能资源更为丰富。
4. 风能资源的经济价值评估风能资源的开发潜力不仅需要考虑其技术可行性，更需要考虑其经济价值。
随着风力发电技术的不断成熟和普及，风能资源的经济性也越来越受到重视。
与传统化石能源相比，风能资源具有成本低廉、无排放、可再生等优势，因此在整个能源结构调整中具有重要的地位。
5. 风能资源的开发潜力分析通过对不同地区风能资源的评估和开发潜力分析，可以为风电行业的发展提供重要的参考依据。
一些国家和地区已经建立了相关的风能资源数据库，通过这些数据库可以更加准确地评估风能资源的分布情况和开发潜力。
同时，利用先进的风力发电技术和智能化管理手段，可以提高风能资源的开发利用效率。
6. 风能资源的可持续利用在评估风能资源的开发潜力时，需要充分考虑其可持续利用性。
风能作为一种可再生资源，具有无限的潜力，但在开发利用过程中也需要考虑与环境的协调。
保护生态环境、减少对动植物的影响、合理配置风电场等都是实现风能资源可持续利用的重要手段。
风电场风能资源测量和评估技术规定-发改能源[2003]1403号
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风电场风能资源测量和评估技术规定正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 风电场风能资源测量和评估技术规定（国家发展改革委2003年9月30日发布发改能源[2003]1403号）第一章总则第一条为加强风电场风能资源测量和评估技术管理，统一和规范工作内容、方法和技术要求，提高工作成果质量，根据国家标准GB/T 18709-2002《风电场风能资源测量方法》和GB/T 18710-2002《风电场风能资源评估方法》，制定《风电场风能资源测量和评估技术规定》（以下简称本规定）。
第二条本规定适用于规划建设的大型风电场项目，其它风电场项目可参照执行。
第二章风能资源测量第三条测风塔位置和数量1、测风塔安装位置应具有代表性1）测风塔安装点应在风电场中有代表性，并且周围开阔；2）测风塔安装点靠近障碍物如树林或建筑物等对分析风况有负面影响，选择安装点时应尽量远离障碍物。
如果无法避开，则要求测风点距离障碍物的距离大于10倍障碍物的高度。
2、测风塔数量应满足风能资源评估要求测风塔数量应满足风电场风能资源评价的要求，并依据风场地形复杂程度而定。
对地形比较平坦的大型风电场，一般在场址中央选择有代表性的点安装1个70m高测风塔。
在测风塔70m和40m高度分别安装风向标测量风向，在10m、25m、40m、50m、60m和70m分别安装风速仪测量风速，在3m高度附近安装气压计和温度计测量气压和温度。
另外，在70m塔周围应再安装3-4个40m高测风塔，在40m测风塔的40m和25m高度分别安装风向标测量风向，在10m、25m和40m高度分别安装风速仪测量风速。
对地形复杂的风电场，测风塔的数量应适当增加。
全国风能资源评价技术规定
全国风能资源评价技术规定第一章总则第一条风能资源评价主要是以现有气象台站的测风数据为基础，通过整理、分析，对全国风能资源的大小和分布进行评价。
第二条为了统一全国风能资源评价的原则、内容、深度和技术要求，在总结风能资源研究成果的基础上，参考国内、外有关标准和规范，制定《风能资源评价技术规定》（以下简称本规定）。
第三条本规定用于指导开展风能资源评价工作。
第二章基础资料收集第四条气象台站资料一、收集国家基准气象站、国家基本气象站和一般气象站基本信息，包括气象台站所属省名、站名、区站号、经度、纬度、海拔高度、建站时间、台站周围环境变化情况（包括台站变迁情况）、观测仪器（包括仪器变更）情况。
二、收集各气象台站1971～2000年历年年最大风速、年极大风速、年极端最高温度、年极端最低温度、年沙尘暴日数、年雷暴日数。
三、收集各气象台站1971～2000年历年逐月平均风速、平均气温、平均气压、平均水汽压。
四、收集各气象台站1991～1995年逐日日平均风速、气温、气压、水汽压。
五、收集各气象台站“代表年”逐时风速、风向观测记录。
六、“代表年”确定方法：根据全国地面气象资料1971～2000年整编成果，选择年平均风速等于V的年份，定义为平均风速年；选择年平均风速等于或接近30年年平均风速或接近30年年平均风速30最大值max V 的年份，定义为最大值年；选择年平均风速等于或接近30年年平均风速最小值min V 的年份，定义为最小值年。
若存在多个年平均风速等于或接近30V （或max V 、min V ）的年份，则选择最靠近2000年的年份，下同。
上述三个年份统称为“代表年”，即年平均风速分别等于或接近30V 、max V 、min V 的3个年份，下同。
第五条 其它观测资料一、收集已建自动气象站资料，内容参照本规定第四条。
二、收集已建、待建风电场基本信息及前期工作中的测风资料。
三、收集海洋站、船舶、浮标等的测风资料。
风资源评估的不确定性分析
风资源评估的不确定性分析風资源评估是评估风电场建设的一个很重要的条件。
风资源评估的一个重要部分是对结果不确定性的分析。
不确定性分析是指对决策方案受到各种事前无法控制的外部因素变化与影响所进行的研究和估计，是由于不确定因素变化对项目投资效益影响程度的分析与计算。
文章描述了在风资源评估过程中，跟不确定性分析相关的因素。
标签：风资源；评估；不确定性；分析1 发电量敏感因子有若干不确定性因素跟风速相关。
为了把这些不确定性转化为发电量，得出了一个从发电量到风速的敏感比例，即敏感因子，单位是（GWh/annum）/（m/s），敏感因子有赖于很多因素，包括：（1）平均风速；（2）风速频率分布；（3）风电场风机排布；（4）风机机型。
敏感因子也可以由敏感比例来描述风速改变的百分比导致发电量改变的百分比。
敏感比例在1.6到2.4之间视为正常。
2 不确定性将每种因素的结果都假定为中心估计，移除各种偏量。
但是，不可能对每一个分析的因素的所有偏量都进行量化和修正。
因此，分析中不能被量化的因素（误差）我们当作不确定性来考虑。
这些因素里的各种来源的误差一般情况下视为随机。
一般认为随机误差的分布接近正态分布。
例如，风速仪的校正、相关性分析误差和总体误差，在考虑发电量预测的时候，已经被证实是非常接近正态分布的。
在对分析的每一步制定了各自的不确定性之后，应用发电量敏感因子转换成发电量。
鉴于每步分析的不确定性根据来源的不同而不同，可以预计每个分析因素的误差和另一个因素的误差是没有关系的。
如果分析的每个单独因素的误差是不相关的，那么单独的不确定性也可以认为是彼此独立的。
所有分析因素的不确定性可以结合在一起，以平方根的形式呈现，作为发电量预算的总体不确定性，假设不确定性是正态分布。
通常提供置信区间为50%、75%和90%的发电量预测。
P50是一种情形，实际发电量高于或者低于P50发电量的机会是相等的，因此P50发电量水平通常被称为中心估计。
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§3：风场中的空气动力问题
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§3：风场中的空气动力问题
风力机尾流效应
风力机吸收了能量和风力机本身对气流的扰动，在下游形成尾流区
AV尾流模型
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§3：风场中的空气动力问题
无粘近场尾流模型 假设在风力机近场尾流区的流动是无粘旋转的流动，根据毕奥-萨 的表达式 伐定律可得到风力机尾流旋转轴上的无量纲轴向速度 vc 为
vc Vc 1 a 1 x V
风电场场址评估
风电场场址评估决定于风电场场址的风资源、投资规模、贷款利息、风力机性 能及电网负荷等因素。评估时要根据上述因素计算风电成本，并与当地常规电 力成本比较，得出评估结论。如果风电成本与当地常规电力成本比较，考虑到 社会效益和环境效益，风电成本略高于当地常规电力成本，则认为风电场场址 的选择是合理的。
x2 0.25
式中 Vc——尾流旋转轴上的轴向速度；
V——来流速度；
x' = x/D，x为风轮下游某点到风轮平面的轴向距离，D为风轮 直径； a——风轮轴向速度诱导因子。
无粘近场尾流模型只能近似用于描述时的风力机尾流区速度分布
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
如果某地区的年平均风速是已知的，可以知道年风功率密度。更准确 一点，已知一年内每小时的平均速度Ui，得到以小时平均的年平均风 功率密度 3
P/ A
1 rU K e 2
U ——年平均风速
Ke——能量形式因子， K e
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
风功率密度:单位面积上的风功率
设空气流动质量流量为dm/dt，密度为ρ，风速（假定为均匀风速）为U，风轮 面积为A， 根据连续方程有 （dm/dt）=ρAU 单位时间的动能，即功率可表示为 P=（1/2）（dm/dt）U2=（1/2）ρAU3 单位面积上的功率P/A，即风功率密度表示为 P/A=（1/2）ρU3 注意：
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§3：风场中的空气动力问题
的表达式为 根据动量定理可得到风力机尾流区无量纲轴向速度 vc
V 1 c 1 2a vc V 1 2 kx D
风力机空气动力学
第三部分：风资源的评估
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§3：风场中的空气动力问题
风资源评估
世界能源委员会(World Energy Council)将风资源评估分为五类：
气象测量储存量（Meteorological potential），它等价于可用风能 资源；
地域风能储量(Site potential），它是在前者的基础上，限定了地 形的因素；
技术可开发风能储量（Technical potential）；
经济可用风能储量（Economic potential），是经济可用的技术可 开发量； 可实现的风能储（Implement potential），考虑风力机在一定时 间内能捕获的风能资源。 最常评估的是前三种。
由于功率 力×速度，所以，风的功率与速度的三次方成 比例 风功率：
P＝0.5*r*A*V3
A面积、r空气密度、V风速
这是风所具有的能量。而风力机最大可能吸收的风能仅为其的 16/27=0.59259(贝茨极限）
如果把风所具有的能量全都吸收了，会发生什么？
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无量纲尾流旋转轴上的速度损失v‘c可表示为
vc V Vc 13 2 0.3780CT V r
x
23
无量纲尾流横向剖面上的相对速度损失v‘d可表示为
vc 1.0 3 2 vd
r
2
式中 y D , y为横向某点距风轮旋转轴的距离。
1 NU
3
U
i 1
N
3 i
N——年小时数，8760。
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§3：风力机空气动力学 §3－10：风电场中的空气动力问题
各稳定风速下的风功率密度（空气密度=1.225kg/m3） 风速（m/s） 0 5 ~5.5 5.5~8.7 10 10.5~ 15 20 25 30
环境影响评估
有利方面：风电场对减轻环境污染、改善当地能源结构以及保护 生态环境等方面所产生的社会效益和环境效益 不利方面：影响附近地区的景观，对鸟类及其它动物生活的干扰， 以及风力发电机组所产生的噪声污染和电磁干扰影响等
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§3：风场中的空气动力问题
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§3：风场中的空气动力问题
半经验尾流模型 是丹麦国家实验室RISØ发展的一种尾流模型，它主要用于计算风 电场中处在尾流区的风力机的功率输出 假设
» 尾流初始直径为风轮直径 » 尾流增长速率呈线性关系
» 尾流横向剖面上的速度是均匀的
半经验尾流模型
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风功率密度（W/m2） 0 80 ~100 100~400 610 700~ 2070 4900 9560 16550
风资源评价 贫乏 贫乏 贫乏 丰富 丰富 很丰富 很丰富 很丰富 很丰富 很丰富
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中国风功率密度分布(中国气象局第三次普查结果)
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§3：风场中的空气动力问题
简化尾流模型 根据轴对称物体尾流理论建立的一种远场尾流模型其无量纲尾 流半径 r 可表示为
r r D 3 x
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式中 r——尾流半径； D——风轮直径；
——参数，在低湍流度下，一般取0.18；
——参数， = 0.4860CT，CT为风轮轴向力（推力）系数。
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§3：风场中的空气动力问题
经济条件 该地区的经济发展状况与对电力需求的程度 地理条件 风电场的地理位臵、海拔高度以及交通运输等基础设施条件等状 况，它们将直接影响风力发电机组的运输、安装和调试等 地形条件 地形条件是指风电场场址的地形、地貌以及地面障碍物等。风电 场场址最好选在 “平坦地形”，即在4km~6km半径范围内，场址 周围地形的高度差小于50m；并且地形高长比小于0.03（即3%坡 度）。另外，还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对其附近 气流的扰动作用
风功率密度
理解“风能”，需要很好地理解“功”，“功率”和“能量”
力×距离功；
当力使物体移动了一定的距离，就对该物体做了功
力×速度功率；
功率是做功的比率，即、由施加在物体上的力与物体运动的速度之乘 积。得到为该物体作用的功率.
风力机的机械功率是通过风绕流叶片时所产生的空气动力（力矩）驱 动风力机轴所产生的，即力矩×转速。
功率×时间能量
机械能可以是势能或动能 一个举起的物体具有势能；由于物体的高度和运动速度，释放后势能 变成动能，并随速度的平方增加。
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§3：风场中的空气动力问题
运动着的风具有动能风速的平方
当风吹向一个物体是，速度会减小（动能减小），而（静）压力会 提高（势能提高）。导致可驱动物体运动的作用力与动能成比例
气象条件 风能资源丰富区：10m高度处的年平均风速在6m/s以上，风功率 密度大于200W/m2的地区 风向比较稳定的地区 风能日变化和年变化较小的地区 气候灾害（包括台风、风暴、积冰、风沙、盐雾、雷电、冰雹等） 较少的地区 并网条件 风电场场址要邻近主电网，便于并入主电网，使风电场投资中的 线路投资较少，从而降低风电成本
风电场工艺布臵
在风电场微观选址后，要对风电场进行总体规划，绘制风电场工艺布置图
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§3：风场中的空气动力问题
风的测量
为进行精确的风力发电机组微观选址，现场所安装的测风塔的数量 一般不能少于2座，若条件许可，对于地形复杂区应该为4-8座. 测风塔应该尽量安装在最能代表并反映风电场风能资源的位臵. 测风应该在空旷地进行，尽量远离高大树木和建筑物，在选择位臵 时要充分考虑地形和障碍物的影响. 如果测风塔必须安装在障碍物附近，则在盛行风的下风向与障碍物 的水平距离应不少于该障碍物高度的10倍处安装 如果测风塔必须设立在树木密集的地方，则至少高出树木顶端10米
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§1：大气边界层内风特性 §1－4：平均风特性
风资源评估
我国气象局根据《全国风能资源评价技术规定》和国家发展改革委印 发的《全国大型风电场建设前期工作大纲》（发改办能源[2003]1287 号）初步探明我国陆上距地面10米高度： 全国风能资源总储量42.65亿KW， 技术可开发量2.98亿KW，面积约20万平方公里；
潜在技术可开发量为0.78亿KW .
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