风电场选址的分析报告.docx
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风电场选址的分析报告
风力发电厂选址与项目申报
学
习
资
料
二〇一五年十二月
风力发电电场选址的一般要求和考虑
1：
一般要求年平均风速在6米/秒以上〔60-70米高度〕，山区在5.8米/秒以上。
2：
年3-25米/秒的风速累计小时数在2000小时以上〔3000-5000〕。
3：
年平均有效风能功率密度在150瓦/平方米以上。
4：
每台机的平均间距为叶片直径的4-6倍。
5：
并网条件好，要求风电场离接入的电网不超过20公里。
6：
离居民区300米以上的距离。
7：
目前，风力发电项目的单位投资为7000-10000元/千瓦，一座5万千瓦的风力发电厂的投资约为4-5亿元。
8：
风电厂的开发首先由当地市级政府与拟投资开发的企业签订合作协议，企业根据协议明确的X围开展前期的测风工作。
在取得测风资料后，开展项目的论证工作，论证能满足开发的要求，便可启动相应的报批程序，开展预可研的编制工作，与相关的前期工作。
预可研审查通过后，就可以开展可研报告的编制与其它专题报告的编制工作，完成后向省或自治区发改委申报项目，由省统一向国家能源局申请核准。
在得到核准后，便可以开展项目的建设。
整个项目从开始到投产周期约为四年左右。
9：
另外，还需要考虑电价、风向、地形、地质、气候、环境以与道路交通等一系列因素。
需要收集的资料：
收集风电场附近气象台等长期的测风数据，如风速、风向、温度、气压与湿度等，具体有：
a〕30年的逐年逐月平均风速；
b〕代表年的逐小时风速风向数据；
c〕与风电场测站同期的逐小时风速风向数据；
d〕累年平均气温气压数据；
e〕最大风速、极端风速、极端气温与雷电等数据。
f〕整理风速频率曲线、风向玫瑰图、风能玫瑰图、年日风速变化曲线、风能密度和有效风速小时等主要参数。
另外，还需要明确电价、电网接入的可能性、电网接入的变电站离可能选择的风场的距离、当地对生态的保护和环境保护的要求、土地政策以与林地保护问题、道路交通等。
风力发电站的选址和设想
现在风力发电站大多数采用未经改造的自然风进展发电，其年平均风速在3m／s以上，运行风速达到4m／s以上，单机出率只有几百至几千千瓦。
如果采用多台发电机联合运行发电，就每台机组之间纵横相距20～30m，不仅需要比拟宽阔的场地，而且，单机容量少，每千瓦（Kw）投资高，因此，阻碍了风力发电站的开展。
为此，如何选择风力发电站站址和集聚风力就成为我们研究的课题。
风力的产生是由于太阳能照射作用，使地表岩石、海洋、砂滩、森林间产生不同的温度，致使空气产生对流，同时，星球的万有引力作用和地球自转作用，会产生夏炎冬寒、白暖夜凉、地表热高空冷，造成不同时节不同的风向和风力，另外，地形地貌对风向和风力聚集也有一定的影响，因此，风力发电站象筑坝蓄水发电站一样，需要进展选址和集聚风力构筑物建设，才能充分发挥风力发电的高效节能作用。
对风力发电站进展选址来说，一搬选在较大盆地的风力进出口或较大海洋湖泊的风力进出口等，具体表现在高山环绕盆地（或海洋或湖泊）的狭谷低处，或有贯穿环山岩溶岩洞处，这样，可获得较大的风力；对集聚风力构筑物建设来说，一搬在风力进出口处，建设带有逆止阀取风装置和风口由下往上建设、风口断面积按风流速运动的规律由大逐渐变小建设，使风速达到风力发电机运转速度和提高风的单位面积的风力能量。
风力的流动受到地形地貌的变化而变化，同时，风力的流速受到季节变化而变化。
因此，在选址上要考虑如下问题：
（1）峡谷进出口风力较大地址，如环山盆地与低洼地形（包括湖泊、海洋、平原、沙漠等）之间空气交流的峡谷处，对太阳能形成不同温差地形空气交流场的峡谷处，常形成空气对流的山谷处等
（2）可建设集聚风力构筑物和安装风力发电机组地形；
（3）处于用电中心；
（4）可修建交通道路，便于材料的运输和电站的管理；
（5）年平均风速在3m／s以上，运行风速达为4m／s以上的时间达4000小时以上。
而在集聚风力构筑物建设上，如此要考虑如下问题：
（1）具备布置带有逆止阀的双向收集风能构筑物地形；
（2）具备布置集聚风力并引风向半山腰或山顶上安装单向风力发电机组的聚风能构筑物地形；
（3）具备布置风力发电机组厂房和变电输送场地；
（4）具备布置风力发电站的施工和安装场地；
（5）构筑物满足风力电站的受力要求。
在风力发电站设计中，由于风力发电站地址处的风力风向随着时间季节变化而变化，至少存在着两个方向的风力流向问题，如在宽阔场地，可采用风向跟踪技术，但在峡谷的风口处，采用风向跟踪技术不现实。
如果采用单向风力发电，就浪费约一半的风力。
如果采用双向发电机组发电，就增加约一倍的本钱。
如果在风口处安装带有逆止阀取风装置，接收多向的来风，并把收集到的风向引向在半山腰或山顶上安装单向风力发电机组，就能实现单向风力发电机组发电，从而防止了空阔场地的风力发电机组中多安装一台风力转向的电动机，达到简化设备的构造。
一方面，由于带有逆止阀收集风能单位能量较低，因此在收集风构筑物至风力发电厂房之间建造把风速风力进展集聚的引风人工构筑物管道（截面积由大变小），使单位风能达到风力发电机组的运转要求，这样，可以使设备小型化和提高风力发电机的容量。
另一方面，由于风力不象水力可以把其蓄存起来，因此，风力发电极其不稳定，它需要稳压系统和电能储藏系统。
对于现有的直流电机（包括硅整流系统）造价比拟高，难以降低风力发电机的单位投资，不利于风力发电站的开展。
如果能利用正负电荷采集电机，就可能降低风力发电机的本钱，其原理是采用电容的两极输送电子，使电荷在硅电路中从一端输送到另一端的过程，其好象化学式蓄电池原理（化学能转化为电能的过程）相似，把机械能转化为直流电能的过程，直接对蓄电池进展充电，或送到用户。
减少了交直系统的转换，输出了稳定的电压。
对于风力发电站来说，如果选址较好，就能获得较大风能，假如能利用人工构筑物收集和集聚风力，可集中布置风力发电机厂房和输出线路以与控制线路，减少土地的征收和便于风力电站的管理。
在风力发电机组上，假如采用正负电荷采集电机，就可减少稳定系统和使设备简单化，经过上述措施，可以使风力发电站建设本钱降低和风力发电机单位kw投资达到理想值，可与其它能量发电单位千瓦（kw）投资相互竞争，同时，因风力发电场是直接利用风来发电，对环境的治理和保护的费用很少，因此，风力发电的建设本钱和运行本钱是比拟低的，其是优先开展的洁净能源。
由于风力发电机没有象用煤发电对环境有负面影响，不象水力发电需要较大的蓄水库容占用较多土地和移民与地质灾害，也不象核电需要对有幅射废弃物进展处理，因此，投资于风力发电场风险比拟小并得到较大的利润空间和获得投资高回报。
现在，绿色能源在金融危机中得到了各国政府的追捧，中国在大力鼓励可再生能源项目，并热衷给绿色能源投资提供各项优惠举措，如太阳能行业补贴政策，资金占全国对绿色能源投资在4万亿元人民币中的34％，对于风力发电的绿色能源也得到政府的补贴，所以，风力发电站是吸引国内外的资金比拟理想的项目。
同样，潮夕电站因设置逆止阀装置而使设备简单和多发电量。
风电场风能资源评估方法
中华人民某某国国家标准
风电场风能资源评估方法GB/T18710-2002
Methodlogyofwindenergyresource
assessmentforwindfarm
1X围
本标准规定了评估风能资源应收集的气象数据、测风数据的处理
与主要参数的计算方法、风功率密度的分级、评估风能资源的参考判据、风能资源评估报告的内容和格式。
本标准适用于风电场风能资源评估。
2引用标准
如下标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的
条文。
在标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用如下标准最新版本的可能性。
GB/T18709-2002风电场风能资源测量方法
3定义
本标准采用如下定义。
3．1风场windsite
拟进展风能资源开发利用的场地、区域或X围。
3．2风电场windfarm
由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。
3．3风功率密度windpowerdensity
与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。
3．4风能密度windenergydensity
在设定时段与风向垂直的单位面积中风所具有的能量。
3．5风速windspeed
空间特定点的风速为该点周围气体微团的移动速度。
3．6平均风速averagewindspeed
给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等。
3．7最大风速maximumwindspeed
10min平均风速的最大值。
3．8极大风速extremewindspeed
瞬时风速的最大值。
3．9风速分布windspeeddistribution
用于描述连续时限内风速概率分布的分布函数。
3．10威布尔分布Weibulldistribution
经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于两个参数，控制分布宽度的形状参数和控制平均风速分布的尺度参数。
3．11瑞利分布Rayleighdistribution
经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于一个调节参数，即控制平均风速分布的尺度参数。
注：
瑞利分布是形状参数等于2的威布尔分布。
3．12日变化diurnalvariation
以日为基数发生的变化。
月或年的风速〔或风功率密度〕日变化是求出一个月或一年内，每日同一钟点风速的月平均值或年平均值，得到0点到23点的风速〔或风功率密度〕变化。
3．13年变化annualvariation
以年为基数发生的变化。
风速〔或风功率密度〕年变化是从1月到12月的月平均风速〔或风功率密度〕变化。
3．14年际变化interannualvariation
以30年为基数发生的变化。
风速年际变化是从第1年到第30年的年平均风速变化。
3．15风切变windshear
风速在垂直于风向平面内的变化。
3．16风切变幂律powerlawforwindshear
表示风速随离地面高度以幂定律关系变化的数学式。
3．17风切变指数windshearexponent
通常用于描述风速剖面线形状的幂定律指数。
3．18湍流强度turbulenceintensity
风速的标准偏差与平均风速的比率。
用同一组测量数据和规定的周期进展计算。
3．19轮毂高度hubheight
从地面到风轮扫掠面中心的高度。
4测风数据要求
4．1风场附近气象站、海洋站等长期测站的测风数据
4．1．1在收集长期测站的测风数据时应对站址现状和过去的变化情况进展考察，包括观测记录数据的测风仪型号、安装高度和周围障碍物情况〔如树木和建筑物的高度，与测风杆的距离等〕，以与建站以来站址、测风仪器与安装位置、周围环境变动的时间和情况等。
注：
气象部门海洋站保存有规X的测风记录，标准观测高度距离地面10m。
1970年以后主要采用EL自记风速仪，以正点前10min测量的风速平均值代表这一个小时的平均风速。
年平均风速是全年逐小时风速的平均值。
4．1．2应收集长期测站以下数据：
a〕有代表性的连续30年的逐年平均风速和各月平均风速。
注：
应分析由于气象站的各种变化，对风速记录数据的影响。
b〕与风场测站同期的逐小时风速和风向数据。
c〕累年平均气温和气压数据。
d〕建站以来记录到的最大风速、极大风速与其发生的时间和风向、极端气温、每年出现雷暴日数、积冰日数、冻土深度、积雪深度和侵蚀条件〔沙尘、盐雾〕等。
注：
本标准中逐小时风速、风向、温度和气压数据分别是每个小时的平均风速、出现频率最大的风向、平均温度和平均气压。
4．2风场测风数据
应按照GB/T18709-2002年的规定进展测风，获取风场的风速、风向、气温、气压和标准偏差的实测时间序列数据，极大风速与其风向。
5测风数据处理
5．1总如此
测风数据处理包括对数据的验证、订正，并计算评估风能资源所需要的参数。
5．2数据验证
5．2．1目的
数据验证是检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进展判断，检验出不合理的数据和缺测的数据，经过处理，整理出至少连续一年完整的风场逐小时测风数据。
5．2．2数据检验
5．2．2．1完整性检验
a〕数量：
数据数量应等于预期记录的数据数量。
b〕时间顺序：
数据的时间顺序应符合预期的开始、完毕时间、中间应连续。
5．2．2．2合理性检验
a〕X围检验，主要参数的合理X围参考值见表1。
表1主要参数的合理X围参考值
主要参数
合理X围
平均风速
0≤小时平均风速＜40m/s
风向
0≤小时平均值＜360
平均气压〔海平面〕
94kPa≤小时平均值≤106kPa
b〕相关性检验，主要参数的合理相关性参考值见表2。
表2主要参数的合理相关性参考值
主要参数
合理X围
50m/30m高度小时平均风速差值
50m/10m高度小时平均风速差值
50m/30m高度风向差值
c〕趋势检验，主要参数的合理变化趋势参考值见表3。
表3主要参数的合理变化趋势参考值
主要参数
合理变化趋势
1h平均风速变化
＜6m/s
1h平均温度变化
＜5℃
3h平均气压变化
＜1kPa
注：
各地气候条件和风况变化很大，三个表中所列参数X围供检验时参考，在数据超出X围时应根据当地风况特点加以分析判断。
5．2．3不合理数据和缺测数据的处理
5．2．3．1检验后列出所有不合理的数据和缺测的数据与其发生的
时间。
5．2．3．2对不合理数据再次进展判别，挑出符合实际情况的有效
数据，回归原始数据组。
5．2．3．3将备用的或可供参考的传感器同期记录数据，经过分析处理，替换已确认为无效的数据或填补缺测的数据。
5．2．4计算测风有效数据的完整率，有效数据完整率应达到90%。
有效数据完整率按下式计算：
式中：
应测数目——测量期间小时数；
缺测数目——没有记录到的小时平均值数目；
无效数据数目——确认为不合理的小时平均值数目。
5．2．5验证结果
经过各种检验，剔除掉无效数据，替换上有效数据，整理出至少连续一年的风场实测逐小时风速风向数据，并注明这套数据的有效数据完整率。
编写数据验证报告，对确认为无效数据的原因应注明，替换的数值应注明来源。
此外，宜包括实测的逐小时平均气温〔可选〕和逐小时平均气压〔可选〕。
5．3数据订正
5．3．1目的
数据订正是根据风场附近长期测站的观测数据，将验证的风场测风数据订正为一套反映风场长期平均水平的代表性数据，即风场测风高度上代表年的逐小时风速风向数据。
5．3．2当地长期测站宜具备以下条件才可将风场短期数据订正为长期数据：
a〕同期测风结果的相关性较好；
b〕具有30年以上规X的测风记录；
c〕与风场具有相似的地形条件；
d〕距离风场比拟近。
5．3．3应收集的长期测站有关数据见4.1.2。
5．3．4数据订正的方法见附录A。
5．4数据处理
5．4．1目的
将订正后的数据处理成评估风场风能资源所需要的各种参数，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速频率分布和风能频率分布、风向频率和风能密度方向分布、风切变指数和湍流强度等。
5．4．2平均风速和风功率密度
月平均、年平均；各月同一钟点〔每日0点至23点〕平均、全年同一钟点平均。
风功率密度的计算方法见附录B1。
5．4．3风速和风能频率分布
以1m/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出现的频率。
每个风速区间的数字代表中间值，如5m/s风速区间为4.6m/s到5.5m/s。
5．4．4风向频率与风能密度方向分布
计算出在代表16个方位的扇区内风向出现的频率和风能密度方向分布。
风能密度方向分布为全年各扇区的风能密度与全方位总风能密度的百分比。
风能密度的计算方法见附录B2。
注：
出现频率最高的风向可能由于风速小，不一定是风能密度最大的方向。
5．4．5风切变指数
推荐用幂定律拟合，风切变幂律公式和风切变指数的计算方法见附录B3。
如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数α取1/7〔0.143〕作为近似值。
注：
近地层任意高度的风速，可以根据风切变指数和仪器安装高度测得的风速推算出来。
估算风力发电机组发电量时需要推算出轮毂高度的风况。
5．4．6湍流强度
风能资源评估中采用的湍流指标是水平风速的标准偏差，再根据一样时段的平均风速计算出湍流强度〔IT〕
5．4．6．1湍流强度的计算方法见附录B4。
5．4．6．2逐小时湍流强度。
逐小时湍流强度是以1h内最大的10min湍流强度作为该小时的代表值。
5．4．6订正后的风况数据报告格式〔示例〕见附录C。
6风能资源评估的参考判据
6．1编制风况图表
将5.4条中处理好的各种风况参数绘制成图形。
主要分为年风况和月风况两大类。
风况图格式〔示例〕见附录D。
6．1．1年风况
a〕全年的风速和风功率日变化曲线图；
b〕风速和风功率的年变化曲线图；
c〕全年的风速和风能频率分布直方图；
d〕全年的风向和风能玫瑰图。
6．1．2月风况
a〕各月的风速和风功率日变化曲线图；
b〕各月的风向和风能玫瑰图。
6．1．3相关长期测站风况
a〕与风场测风塔同期的风速年变化直方图；
b〕连续20~30年的风速年际变化直方图。
注：
将各种风况参数绘制成图形能够更直观地看出风场的风速、风向和风能的变化，便于和当地的地形条件、电力负荷曲线等比拟，判断是否有利于风力发电机组的排列、风电场输出电力的变化是否接近负荷需求的变化等。
6．2风能资源评估的参考判据
6．2．1风功率密度
风功率密度蕴含风速、风速分布鞋空气密度的影响，是风场风能资源的综合指标，风功率密度等级见表4。
应注意表4中风速参考值依据的标准条件〔见表4的注1、注2〕与风场实际条件的差异。
表4风功率密度等级表
风功率
密度等级
10m高度
30m高度
50m高度
应用于并网风力发电
风功率密度W/m2
年平均风速参考值m/s
风功率密度W/m2
年平均风速参考值m/s
风功率密度W/m2
年平均风速参考值m/s
1
＜100
＜160
＜200
2
100~150
160~240
200~300
3
150~200
240~320
300~400
较好
4
200~250
320~400
400~500
好
5
250~300
400~480
500~600
很好
6
300~400
480~640
600~800
很好
7
400~1000
640~1600
800~2000
很好
注:
1不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。
2与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按海平面标准大气压与
风速频率符合瑞利分布的情况推算。
6．2．2风向频率与风能密度方向分布
风电场同机组位置的排列取决于风能密度方向分布和地形的影响。
在风能玫瑰图上最好有一个明显的主导风向，或两个方向接近相反的主风向。
在山区主风向与山脊走向垂直为最好。
6．2．3风速的日变化和年变化
用各月的风速〔或风功率密度〕日变化曲线图和全年的风速〔或风功率密度〕日变化曲线较，与同期的电网日负荷曲线比照；风速〔或风功率密度〕年变化曲线图，与同期的电网年负荷曲线比照，两者相一致或接近的局部越多越好。
6．2．4湍流强度
IT值在0.10或以下表示湍流相对较小，中等程度湍流的IT值为0.10~0.25，更高的IT值明确湍流过大。
注：
风场的湍流特征很重要，因为它对风力发电机组性通用不利影响，主要是减少输出功率，还可能引起极端荷载，最终削弱和破坏风力发电机组。
6．2．5其他气象因素
特殊的天气条件要对风力发电机组提出特殊的要求，会增加本钱和运行的困难，如最大风速超过40m/s或极大风速超过60m/s，气温低于零下20℃，积雪、积冰、雷暴、盐雾或沙尘多发地区等。
附录A数据订正的方法
将风场短期测风数据订正为代表年风况数据的方法如下：
1〕作风场测站与对应年份的长期测站各风向象限的风速相关曲线。
某一风向象限内风速相关曲线的具体作法是：
建一直角坐标系，横坐标轴为长期测站风速，纵坐标轴为风场测站的风速。
取风场测站的该象限内的某一风速值〔某一风速值在一个风向象限内一般有许多个，分别出现在不同时刻〕为纵坐标，找出长期测站各对应时刻的风速值〔这些风速值不一定一样，风向也不一定与风场测站相对应〕，求其平均值作为横坐标即可定出相关曲线的一个点，对风场测站在该象限内的其余每一个风速重复上述过程，就可作出这一象限内的风速相关曲线。
对其余各象限重复上述过程，可获得16个风场测站与长期测站的风速相关曲线。
2〕对每个风速相关曲线，在横坐标轴上标明长期测站多年的年平均风速，通讯与风场测站观测同期的长期测站的年平均风速，然后在纵坐标轴上找到对应的风场测站的两个风速值，并求出这两个风速值的代数差值〔共有16个代数差值〕。
3〕风场测站数据的各个风向象限内的每个风速都有加上对应的风速代数差值，即可获得订正后的风场测站风速风向资料。
附录B风况参数的计算方法
B1风功率密度
设定时段的平均风功率密度表达式为：
〔W/m2〕〔B1〕
式中：
n——在设定时段内的记录数；
ρ——空气密度，kg/m3；
——第i记录的风速〔m/s〕值的立方。
平均风功率密度的计算应是设定时段内逐小时风功率密度的平均值，不可用年〔或月〕平均风速计算年〔或月〕平均风功率密度。
Dwp中的ρ必须是当地年平均计算值。
它取决于温度和压力〔海拔高度〕。
如果风场测风有压力和温度的记录，如此空气密度按下式计算：
〔kg/m3〕〔B2〕
式中：
P——年平均大气压力，Pa；
R——气体常数〔287J/kg·K〕；
T——年平均空气开氏温标绝对温度〔℃+273〕
如果没有风场大气压力的实测值，空气密度可以作为海拔高度〔z〕和温度〔T〕的函数，按照下式计算出估计值：
〔kg/m3〕〔B3〕
式中：
z——风场的海拔高度，m；
T——年平均空气开氏温标绝对温度〔℃+273〕。
B2风能密度
风能密度表达式为：
〔W·h/m2〕〔B4〕
式中：
m——风速区间数目；
ρ——空气密度，kg/m3；
——第j个风速区间的风速〔m/s〕值的立方；
tj——某扇区或全方位第j个风速区间的风速发生的时间，h。
B3风切变幂律公式和风切变指数
风切变幂律公式如下：
〔B5〕
式中：
α——风切变指数；
v2——高度z2的风速，m/s；
v1——高度z1的风速，m/s。
风切变指数α用下式计算：
〔B6〕
式中v1与v2为实测值。
B4湍流强度的计算
10min湍流强度按下式计算：
〔B7〕
式中：
σ——10min风速标准偏差，m/s；
V——10min平均风速，m/s。
某某风力发电场的设计
摘要：
通过某某与我国“三北〞和沿海地区有关风能资源要素的比照分析，明确某某多数山区风能分布广泛，冬春季极具开发价值，风能地形效应显著，风险稳定，风力机安全性高，同时得益于国家对新兴能源和环
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