关于风能资源评估中几个关键问题的分析

关于风能资源评估中几个关键问题的分析

发表时间：2020-03-14T12:56:27.887Z 来源：《福光技术》2019年32期作者：潘婷

[导读] 风能是一种资源极为丰富的可持续再生的清洁自然能源，无论从经济原则和技术可靠程度考虑都是矿石能源的首选替代能源。

中国三峡新能源 ( 集团 ) 股份有限公司新疆分公司新疆乌鲁木齐 830000

摘要：风能是一种资源极为丰富的可持续再生的清洁自然能源，无论从经济原则和技术可靠程度考虑都是矿石能源的首选替代能源。风能资源评估的合理性和准确性对能源的利用率和经济效益都有着重要的意义。今后，随着人类科技的创新发展，风能一定会更广泛高效可靠地为人们应用并为人类造福千秋万代。

关键词：风能；资源评估；关键问题；分析

一、风能资源评估相关技术概论

现有的风能资源评估的技术手段有 3 种：基于气象站历史观测资料的评估、基于气象塔观测资料的评估以及基于数字模拟的风能资源评估。

基于气象站历史观测资料的评估

20 世纪 80 年代、20 世纪 90 年代以及 2003 年，我国气象研究所分别开展了三次风能历史资源整合，即采用基于气象站历史观测资料的评估技术对我国风能资源进行评估，进而计算平均风速、Weibull 参数等风能参数，最后给出 10m 高度上风能资源分布图谱，图 1 为第二次风能历史资源整合绘制结果 [5]。

基于气象站历史观测资料的风能评估技术虽然有一定的准确性，但是仍存在着一些不可抗的问题，主要表现在：

气象站检查风能高度限制

我国气象站观测站的测风高度只有 10m，而风机的轮毂高度大多数都在 50 和 70m，近地层风速随高度的变化取决于局地地形和地表条件以及大气稳定度，因此从 10m 高度的风能资源很难准确推断风机轮毂高度的风能资源；

气象站分布广度和密度限制

我国地域辽阔，这就导致了气象站分布的广度和密度受到了限制，据相关资料记录，我国的气象站分布间距为 50~200km，东部地区气象站分布密度较大，西部地区分布稀少，西部的统计分析结果的误差就会很大，即使是 50km 分辨率的统计计算结果也只能宏观地反映中国风能资源的分布趋势，不能较准确定量地确定一个区域可开发风能资源的覆盖范围和风能储量；

气象站分布位置的合理性

由于我国城市化快速发展的影响，城镇地区的风速相对较小，对风能资源评估结果有一定影响。

针对上述三个问题，基于气象站历史观测资料的评估还不能满足中国制定风电发展规划对风能资源评估的需求。

基于气象塔观测资料的评估

基于气象塔观测资料的评估由于测风资料的时段不统一，因此对风能资源评估结果的准确度会有一定的影响。此外，由于设立测风塔观测的人力和物力耗费很大，仅仅依靠气象塔的观测资料进行区域风能资源评估是不可行的。由于观测对人力、物力的消耗，不可能在大范围内建立密集的观测网，也不可能像气象站一样进行常年观测，所以基于气象塔观测资料的评估的适用准确性不高。

基于数字模拟的风能资源评估

将数值模拟技术应用于风能资源评估是一个行之有效的方法。从基础理论上讲，建立在对边界层大气动力和热力运动数学物理描述基础上的数值模拟技术要优于仅仅依赖气象站观测数据的空间插值方法；从实际应用上来看，数值模拟方法可以得到较高分辨率的风能资源空间分布，可以更精确地确定可开发风能资源的面积和风机轮毂高度的可开发风能储量，更好地为风电开发的中长期规划和风电场建设提供科学依据。

二、风能资源评估中的关键问题

2.1“Wasp”与“GFD”的应用

经过 20 多年的发展，风电行业中风资源的评估工作已经取得了良好的成就。在风电场工程建设方面 ( 尤其是陆上风电场的建设 ) 明显已经积累了诸多的经验，与其相关的风资源评估技术也处在日趋完善与成熟的发展进程中。然而，在世界各国持续进行风电大规模开发的大背景下，真正能够适应陆上风电开发的区域越来越少（地形简单、风能资源丰富）。因此，复杂地形区域、风能资源丰富的山区则逐渐成为了陆上风电开发的重点区域。然而，我国正是一个多山国家，地形复杂、凤能资源的山区存在很多，但是这些地区由于地形起伏较大，其空气的流动在地面附近始终都存在明显的流动分离现象，这样的现象俨然不能够满足 Wasp 风能资源评估软件中风流模型的附着流假定条件，所以对风能资源评估往往都会存在误差。

就我国目前的实际情况来看，很多风电场的实际年发电量长期低于地域预测值的状态（往往都会在地域预测值 20%-30% 左右）。导致这种现象的根本原因就在于我国风电场的复杂地形，这种复杂的地形与 Wasp 评估软件的性能并不匹配，一旦地形或气候超过了一定的范围之后，Wasp 评估软件就会存在较大的误差。

综上所述，在实际的风能资源工程中，我们理应根据具体的地形特点来对风电场的区域进行分区，将测风塔适当的分布于每个典型地形区域，以分区的形式来对风能资源进行评估（评估的实现必须以测风数据为基础）。

2.2 地理信息系统技术 (GIS) 的应用

从整体上来看，观测三维展示、平面图形显示、观测要素显示、风能分布产品、数据管理模块以及系统设置模块等功能模块，GIS 系统主要是利用了 AreGIS 软件的空间分析组件对空间图形的表达与分析以及其属性数据与空间数据相关联的特点来实现的，GIS 系统以此来有效建立了高度层不同的全国风速、风能分析模型，能够从不同的侧面以不同的时空组合与表现形式来实现对风电场区域内的风资源影响因素的空间操作，整个分析与评估的过程是可视化、自动化的。具体来说，GIS 系统主要包含的功能模块以下几种：一是数据的监控分析。能够实现对各个测风塔测风数据的实时监控，成为空间分析的数据源，二是空间数据的预处理 GIS 系统为风能产品的生成提供了在数

据上的基础；三是数据的解析入库以及数据库的建设。二进制文件是测风塔的标准数据，因此这就必须进行解析，并进行入库处理，同时加载空间信息，实现可视化。GIS 系统的应用即能够很好的满足这点；四是对风能产品平面分布显示。GIS 系统能够自动生成风场的风能平面的分析结果（主要包含了风能密度，风功率密度，风切变指数等）。在获得上述数值之后，再通过对 GlS 系统插值功能的应用，即能够获取非测量点的数据值，在空间分析的基础上，最终得出风能分布规律。整个分析过程中，地形数据的应用成为 GIS 为基础的空间分析重要参数。地形造成的风切变能够被充分考虑进去，进而得到更加准确的风能分布的结果。

参考文献

邹璐 . 未来风能资源普查评价技术的发展研究 [J]. 无线互联科技,2019,16(18):145-146.

陈卓 , 李霁恒 , 郭军红 , 李薇 . 气候变化下的风能资源评估技术研究进展[J]. 中外能源,2019,24(07):14-19.

陆艳艳 , 刘树洁 , 王涛 . 海上风能资源测量及评估中几个关键问题分析[J]. 全球能源互联网,2019,2(02):170-178. 王健 . 关于风能资源评估中几个关键问题的分析 [J]. 科技风,2019(05):134.