【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1982 1994 備 注： 1971～ 2020 年年平均風(fēng)速為 表 24氣象站多年逐月平均風(fēng)速 單位： m/s 備注：統(tǒng)計(jì)年限為 1996～ 2020 年 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 風(fēng)速 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 9 圖 21氣象站多年年平均風(fēng)速變化圖 圖 22氣象站多年平均風(fēng)速年內(nèi)變化圖 多年平均全年各風(fēng)向頻率 統(tǒng)計(jì)正鑲白旗氣象站 1971～ 2020 年多年平均全年各風(fēng)向頻率，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?WNW，相應(yīng)頻率為 %，詳見(jiàn)表 25 和圖 23。 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 10 表 25氣象站多年平均全年各風(fēng)向頻率 （ %） 風(fēng)向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 頻率 3 2 1 1 1 1 2 4 6 7 7 7 10 13 6 5 22 注：統(tǒng)計(jì)年限 1996年～ 2020年 圖 23 氣象站多年（ 19962020）平均年風(fēng)向玫瑰 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力資源評(píng)價(jià) 風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)情況概 述 測(cè)風(fēng)的目的在于掌握風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速在平面上的分布及隨高度變化的情況，確定其是否具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。自 2020 年 12 月開(kāi)始在正鑲白旗地區(qū)選址測(cè)風(fēng)。由于風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域地勢(shì)開(kāi)闊，平坦，本次測(cè)風(fēng)立 70m 高測(cè)風(fēng)塔 1 座，并分別觀測(cè) 10m、 40m、 50m 和 70m 四個(gè)高度的風(fēng)速， 10m 和 70m 兩個(gè)高度的風(fēng)向，采用了進(jìn)口 NRG 測(cè)風(fēng)設(shè)備，其中 70m 高安裝兩個(gè)風(fēng)速傳感器，其余各高度均安裝一個(gè)風(fēng)速傳感器， 10m、 70m 各安裝 1 個(gè)風(fēng)向傳感器，同時(shí)在 10m 高安裝溫度、氣壓傳感器各一個(gè)。所采用的進(jìn)口風(fēng)速傳感器均經(jīng)標(biāo)定。測(cè)風(fēng)塔 位置示意圖見(jiàn)圖 24，測(cè)風(fēng)塔的布置基本可以反映風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)資源分布情況。測(cè)風(fēng)設(shè)備安裝情況見(jiàn)表 26 和表 27。 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 11 表 26 測(cè)風(fēng)塔安裝位置表 測(cè)風(fēng)塔高度 地點(diǎn) 東經(jīng) 北緯 塔基高程 (m) 70m 塔位 115176。 29′34″ 42176。 28′15″ 1239 表 27風(fēng)場(chǎng)測(cè)風(fēng)儀安裝高度及編號(hào) 測(cè)風(fēng)塔高度 測(cè)風(fēng)儀安裝高度 設(shè)備型號(hào) 觀測(cè)項(xiàng)目 70m 10m NRG40 風(fēng)速傳感器 NRG200 風(fēng)向傳感器 110S 溫度傳感器 BP20 氣壓傳感器 風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓 40m NRG40 風(fēng)速傳感器 風(fēng)速 50m NRG40 風(fēng)速傳感器 風(fēng)速 70m NRG40 風(fēng)速傳感器 風(fēng)速、風(fēng)向 NRG200 風(fēng)向傳感器 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的處理 參照 GB/ T 187092020《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法》及 GB/T 187102020《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)測(cè)風(fēng)獲得的原始數(shù)據(jù)，對(duì)其完整性和合理性進(jìn)行判斷，檢驗(yàn)出不合理及缺測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后整理出 2020 年 1 月 1 日至 2020 年 12月 31 日連續(xù)完整的風(fēng)場(chǎng)逐時(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)。 完整性檢驗(yàn) (1) 檢查測(cè) 風(fēng)塔各高度上測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的數(shù)量是否等于預(yù)期記錄的數(shù)量，結(jié)果見(jiàn)表28。 (2) 檢查測(cè)風(fēng)塔各高度上測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的時(shí)間順序是否符合預(yù)期的開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間，中間是否連續(xù)。 檢查結(jié)果為：測(cè)風(fēng)塔各高度上測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)是連續(xù)的，但是也存在一定的缺測(cè)現(xiàn)象， 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 12 其中， NRG 由于維修設(shè)備，缺測(cè)五次（每十分鐘記錄一次），該儀器的數(shù)據(jù)缺測(cè)率幾乎為 0，風(fēng)向數(shù)據(jù)缺測(cè)較多，為 %～ %，缺測(cè)主要出現(xiàn)在冬季，原因是此地區(qū)冬季風(fēng)大持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且風(fēng)、雪、沙塵交加，容易引起風(fēng)向儀被凍住或增大轉(zhuǎn)軸摩擦力。 表 28 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)及缺測(cè)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng) 目 觀測(cè)日期 總測(cè)次（次） 風(fēng)速缺測(cè)（次） 風(fēng)向缺測(cè)（次） 缺測(cè)合計(jì)（次） 缺測(cè)率（ %） 10m、 40m、50m、 70m風(fēng)速氣溫、氣壓 52704（次 /十分鐘） 5 0 5 10m風(fēng)向 8784（次 /小時(shí)） 0 535 535 70m風(fēng)向 8784（次 /小時(shí)） 0 335 335 合 計(jì) 333792 30 870 900 從表 28 可以看出，風(fēng)電場(chǎng)缺測(cè)數(shù)據(jù)較少，其中 風(fēng)速的缺測(cè)率幾乎為 0， 10m和70m 風(fēng)向的缺測(cè)率分別為 %和 %,總得測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)缺測(cè)率為 %，即測(cè)風(fēng)完整率為%，滿足 GB/ T 187092020《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法》中所規(guī)定的測(cè)風(fēng)完整率大于 98%的要求。 合理性檢驗(yàn) 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)主要參數(shù)的合理范圍、相關(guān)性及趨勢(shì)性檢驗(yàn)的參考值及實(shí)測(cè)不合理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 29。 表 29 中，風(fēng)速、風(fēng)向和氣溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)。 測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速相關(guān)性不合理數(shù)據(jù)比例≤ %；風(fēng)向相關(guān)性不合理數(shù)據(jù)比例在%～ %之間。趨勢(shì)性不合理判別中 ，氣壓不合理數(shù)據(jù)比例 %，氣溫不合理數(shù)據(jù)比例 %，風(fēng)速不合理數(shù)據(jù)比例為 % ～ %。 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 13 表 29 實(shí)測(cè)不合理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 塔號(hào) 測(cè)風(fēng)高度 (m) 主要參數(shù) 合理參考值 次數(shù) 總測(cè)次 （次 /小時(shí)） 比例 (%) 1 10m、 40m、 50m、70m、氣溫、氣壓 0≤平均風(fēng)速小時(shí)平均值 40m/s 0 70272 0176。≤風(fēng)向小時(shí)平均值 360176。 0 35136 76kPa氣壓小時(shí)平均值 88kPa 0 8784 平均風(fēng)速的 1小時(shí)變化 6m/s 163 70272 平均溫度的 1小時(shí)變化 5176。 C 5 8784 平均氣壓的 3小時(shí)變化 1kPa 1 8784 70m/50m高度小時(shí)平均風(fēng)速差值 70m/40m高度小時(shí)平均風(fēng)速差值 70m/10m高度小時(shí)平均風(fēng)速差值 70m/50m高度小時(shí)平均風(fēng)速差值 40m/10m高度小時(shí)平均風(fēng)速差值 70m/40m高度小時(shí)風(fēng)向差值≤ 176。 1519 8784 40m/10m高度小時(shí)風(fēng)向差值≤ 176。 735 8784 缺測(cè)和不合理數(shù)據(jù)的處理 a) 風(fēng)速處理 通過(guò)對(duì)同一方向不同高度的儀器或同一高度兩臺(tái)儀器進(jìn)行對(duì)比分析，將測(cè)風(fēng)塔缺測(cè)風(fēng)速采用同一高度數(shù)據(jù)進(jìn)行替換或利用風(fēng)切變冪率公式推算各高度缺測(cè)風(fēng)速的方法處理。 b) 風(fēng)向處理 對(duì)于風(fēng)向缺測(cè)數(shù)據(jù)及因儀器故障等因素所產(chǎn)生的不合理數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)同一方向 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 14 不同高度的儀器進(jìn)行對(duì)比分析，采用 相鄰高度互為替換。不同高度風(fēng)向相差大于 176。的數(shù)據(jù)主要用上層數(shù)據(jù)替換下層數(shù)據(jù)，并對(duì)比分析各高度的風(fēng)向頻率，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 c) 氣壓處理 對(duì)于因儀器故障等因素所產(chǎn)生的不合理數(shù)據(jù)，采用相鄰小時(shí)數(shù)據(jù)替換。 測(cè)風(fēng)有效數(shù)據(jù)完整率計(jì)算 有效數(shù)據(jù)完整率按下式計(jì)算： 有效數(shù)據(jù)完整率 =（ 應(yīng)測(cè)數(shù)目 缺測(cè)數(shù)目 無(wú)效數(shù)據(jù)數(shù)目） /應(yīng)測(cè)數(shù)目 100% 經(jīng)計(jì)算正鑲白旗風(fēng)電場(chǎng)有效數(shù)據(jù)完整率為： (3337929002687)/ 333792 100%≈ %，滿足 GB/T 187102020《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》 規(guī)定的有效數(shù)據(jù)完整率大于 90%。 風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)年風(fēng)能要素計(jì)算 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，整理出 2020 年 1 月 1 日至 2020 年 12 月 31 日連續(xù)一年完整的風(fēng)場(chǎng)逐時(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和收資并對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行了綜合分析，降低了測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不確定造成的偏差影響。選擇測(cè)風(fēng)塔各高度的兩套測(cè)風(fēng)儀中運(yùn)行情況較好的測(cè)風(fēng)儀的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)作為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析依據(jù)，即選擇風(fēng)速傳感器為 10m、 40m、50m 、 70m 和風(fēng)向傳感器為 10m 和 70m 的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)作為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。 風(fēng)切變指數(shù) 根據(jù)測(cè)風(fēng)塔 2020 年 1 月 1 日～ 2020 年 12 月 31 日不同高度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算風(fēng)切變指數(shù)，求得風(fēng)切變指數(shù)為 ，其為 10m～ 40m、 10m～ 50m 和 10m～ 70m 風(fēng)切變指數(shù)的均值，詳見(jiàn)表 210，其中 50m～ 70m 風(fēng)切變指數(shù)最大，為 。 表 210 測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)風(fēng)切變指數(shù)計(jì)算結(jié)果 測(cè)風(fēng)高度 年平均 10m 切變 40m 切變 50m 切變 70m 50m 40m 10m 平均 空氣密度 [12] 2020 年 1 月 1 日至 2020 年 12 月 31 日風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)年平均氣溫為 ℃，最高氣溫為 ℃，最低氣溫為 ℃；實(shí)測(cè)年平均氣壓為 ，年平均空氣密度 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 15 ρ采用下式計(jì)算： ρ =P/(R T) 式中： P 為年平均氣壓， P=84480Pa T 為年平均開(kāi)氏溫標(biāo)絕對(duì)溫度 (t℃ +273),t=℃ R 為氣體常數(shù) (287 J/kg K) 計(jì)算得到風(fēng)電場(chǎng)年平均空氣密度ρ = kg/m3 年風(fēng)速、風(fēng)功率密度變化 測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速年變化和 風(fēng)功率密度年變化見(jiàn)表 211 和表 212，風(fēng)速和風(fēng)功率密度日變化對(duì)比見(jiàn)表 213。測(cè)風(fēng)塔與氣象站同期風(fēng)速年變化見(jiàn)圖 25，測(cè)風(fēng)塔各高度風(fēng)速和風(fēng)功率年變化和日變化見(jiàn)圖 2圖 27。測(cè)風(fēng)塔 10m 高各月的風(fēng)速和風(fēng)功率密度日變化見(jiàn)圖 28。 由表 21 212 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)風(fēng)塔 10m、 40m、 50m 和 70m 年平均風(fēng)速分別為 、 、 ，年平均風(fēng)功率密度分別為 387 W/m430W/m 438W/m2 和 482W/m2 。 由圖 2 圖 27 可以看出，測(cè)風(fēng)塔 10m、 40m、 50m、 70m 風(fēng)速和風(fēng)功率密度年變化基本一致， 6～ 9 月月平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度較小， 10 月～ 5 月月平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度較大，同時(shí)由表 213 可以看出，各高度風(fēng)速和風(fēng)功率密度白天大，晚上小，但隨著高度的增加，晝夜的風(fēng)速和風(fēng)功率密度的差值也逐漸變小。 由圖 25 可見(jiàn)前七個(gè)月（ 1～ 7 月）測(cè)風(fēng)塔各高度與氣象站同期所測(cè)的風(fēng)速變化基本一致，后五個(gè)月（ 8～ 12 月）兩者存在一定的差異，經(jīng)分析主要是由于局部地形的影響造成的。 0 2 4 6 8 10 12 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 月 十二月 年平 均 10m 40m 50m 70m 氣象站 華北電力 大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 16 圖 25 各測(cè)風(fēng)位置年內(nèi)變化圖 表 211 實(shí)測(cè)年風(fēng)速年變化表 單位： m/s 高度 一月 二 月 三 月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 年 平均 10m 6 6 3 8 6 5 8 5 3 2 6 40m 0 5 9 9 3 8 7 7 0 8 8 9 0 50m 0 4 8 6 2 7 6 5 8 5 4 9 8 70m 6 8 4 3 9 3 1 0 2 0 1 8 4 氣象站 表 212 實(shí)測(cè)年風(fēng)功率密度年變化 單位： W/m2 高度 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二 月 年 平均 10m 431 809 845 357 551 85 109 106 231 274 480 392 387 40m 460 883 895 399 626 138 152 140 278 307 493 401 430 50m 451 880 879 420 620 151 160 147 298 327 527 416 438 70m 502 970 953 461 666 174 184 169 341 372 572 438 482 表 213 測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速和風(fēng) 功率日變化對(duì)比 高度 8： 00－