1、電力技術(shù)標準匯編 水電水利與新能源部分 第13冊12GB/T 18710-2002風電場風能資源評估方法目 次前言1 范圍2 引用標準3 定義4 測風數(shù)據(jù)要求5 測風數(shù)據(jù)處理6 風能資源評估的參考判據(jù)附錄A（提示的附錄）數(shù)據(jù)訂正的方法附錄B（標準的附錄）風況參數(shù)的計算方法附錄C（提示的附錄）訂正后的風況數(shù)據(jù)報告格式（示例）附錄D（提示的附錄）風況圖格式（示例）前 言本標準是在總結(jié)我國風電場項目選址過程中評估風能資源的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，參考力爭國外有關(guān)標準和規(guī)范編制的。主要有美國風能協(xié)會標準AWEA8.21993推薦的風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)選址方法（RECOMMENDED PRACTICE FOR THE SI

2、TING OF WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS），以及美國國家可再生能源實驗室規(guī)范NREL/SR-440-22223風能資源評估手冊（WIND RESOURCE ASSESSMENT HANDBOOK）。本標準的附錄B是標準的附錄，附錄A、附錄C和附錄D是提示的附錄。本標準由科學技術(shù)部、國家電力公司提出。本標準由全國能源基礎(chǔ)與管理標準化技術(shù)委員會新能源和可再生能源分技術(shù)委員會歸口。本標準由中國水利水電建設(shè)工程咨詢公司負責起草。本標準主要起草人：施鵬飛、朱瑞兆、婁慧英、易躍春、劉文峰、謝宏文。中華人民共和國國家標準風電場風能資源評估方法 GB/T18710-2002

3、Methodlogy of wind energy resourceassessment for wind farm1 范圍本標準規(guī)定了評估風能資源應(yīng)收集的氣象數(shù)據(jù)、測風數(shù)據(jù)的處理及主要參數(shù)的計算方法、風功率密度的分級、評估風能資源的參考判據(jù)、風能資源評估報告的內(nèi)容和格式。本標準適用于風電場風能資源評估。2 引用標準下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文。在標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應(yīng)探討使用下列標準最新版本的可能性。GB/T 18709-2002 風電場風能資源測量方法3 定義本標準采用下列定義。31 風場 wind site擬進

4、行風能資源開發(fā)利用的場地、區(qū)域或范圍。32 風電場 wind farm由一批風力發(fā)電機組或風力發(fā)電機組群組成的電站。33 風功率密度 wind power density 與風向垂直的單位面積中風所具有的功率。34 風能密度 wind energy density在設(shè)定時段與風向垂直的單位面積中風所具有的能量。35 風速 wind speed空間特定點的風速為該點周圍氣體微團的移動速度。36 平均風速 average wind speed給定時間內(nèi)瞬時風速的平均值，給定時間從幾秒到數(shù)年不等。37 最大風速 maximum wind speed10min平均風速的最大值。38 極大風速 extr

5、eme wind speed瞬時風速的最大值。39 風速分布 wind speed distribution用于描述連續(xù)時限內(nèi)風速概率分布的分布函數(shù)。310 威布爾分布 Weibull distribution經(jīng)常用于風速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于兩個參數(shù)，控制分布寬度的形狀參數(shù)和控制平均風速分布的尺度參數(shù)。311 瑞利分布 Rayleigh distribution經(jīng)常用于風速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于一個調(diào)節(jié)參數(shù)，即控制平均風速分布的尺度參數(shù)。注：瑞利分布是形狀參數(shù)等于2的威布爾分布。312 日變化 diurnal variation以日為基數(shù)發(fā)生的變化。月或年的風速（或風功率密度

6、）日變化是求出一個月或一年內(nèi)，每日同一鐘點風速的月平均值或年平均值，得到0點到23點的風速（或風功率密度）變化。313 年變化 annual variation以年為基數(shù)發(fā)生的變化。風速（或風功率密度）年變化是從1月到12月的月平均風速（或風功率密度）變化。314 年際變化 interannual variation以30年為基數(shù)發(fā)生的變化。風速年際變化是從第1年到第30年的年平均風速變化。315 風切變 wind shear風速在垂直于風向平面內(nèi)的變化。316 風切變冪律 power law for wind shear表示風速隨離地面高度以冪定律關(guān)系變化的數(shù)學式。317 風切變指數(shù) win

7、d shear exponent通常用于描述風速剖面線形狀的冪定律指數(shù)。318 湍流強度 turbulence intensity風速的標準偏差與平均風速的比率。用同一組測量數(shù)據(jù)和規(guī)定的周期進行計算。319 輪轂高度 hub height從地面到風輪掃掠面中心的高度。4 測風數(shù)據(jù)要求41 風場附近氣象站、海洋站等長期測站的測風數(shù)據(jù)411 在收集長期測站的測風數(shù)據(jù)時應(yīng)對站址現(xiàn)狀和過去的變化情況進行考察，包括觀測記錄數(shù)據(jù)的測風儀型號、安裝高度和周圍障礙物情況（如樹木和建筑物的高度，與測風桿的距離等），以及建站以來站址、測風儀器及安裝位置、周圍環(huán)境變動的時間和情況等。注：氣象部門海洋站保存有規(guī)范的測

8、風記錄，標準觀測高度距離地面10m。1970年以后主要采用EL自記風速儀，以正點前10min測量的風速平均值代表這一個小時的平均風速。年平均風速是全年逐小時風速的平均值。412 應(yīng)收集長期測站以下數(shù)據(jù)：a）有代表性的連續(xù)30年的逐年平均風速和各月平均風速。注：應(yīng)分析由于氣象站的各種變化，對風速記錄數(shù)據(jù)的影響。b）與風場測站同期的逐小時風速和風向數(shù)據(jù)。c）累年平均氣溫和氣壓數(shù)據(jù)。d）建站以來記錄到的最大風速、極大風速及其發(fā)生的時間和風向、極端氣溫、每年出現(xiàn)雷暴日數(shù)、積冰日數(shù)、凍土深度、積雪深度和侵蝕條件（沙塵、鹽霧）等。注：本標準中逐小時風速、風向、溫度和氣壓數(shù)據(jù)分別是每個小時的平均風速、出現(xiàn)頻

9、率最大的風向、平均溫度和平均氣壓。42 風場測風數(shù)據(jù)應(yīng)按照GB/T 18709-2002年的規(guī)定進行測風，獲取風場的風速、風向、氣溫、氣壓和標準偏差的實測時間序列數(shù)據(jù)，極大風速及其風向。5 測風數(shù)據(jù)處理51 總則測風數(shù)據(jù)處理包括對數(shù)據(jù)的驗證、訂正，并計算評估風能資源所需要的參數(shù)。52 數(shù)據(jù)驗證521 目的數(shù)據(jù)驗證是檢查風場測風獲得的原始數(shù)據(jù)，對其完整性和合理性進行判斷，檢驗出不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，整理出至少連續(xù)一年完整的風場逐小時測風數(shù)據(jù)。522 數(shù)據(jù)檢驗5221 完整性檢驗a）數(shù)量：數(shù)據(jù)數(shù)量應(yīng)等于預期記錄的數(shù)據(jù)數(shù)量。b）時間順序：數(shù)據(jù)的時間順序應(yīng)符合預期的開始、結(jié)束時間、中間應(yīng)

10、連續(xù)。5222 合理性檢驗a）范圍檢驗，主要參數(shù)的合理范圍參考值見表1。表1 主要參數(shù)的合理范圍參考值主要參數(shù)合理范圍平均風速0小時平均風速40m/s風向0小時平均值360平均氣壓（海平面）94kPa小時平均值106kPab）相關(guān)性檢驗，主要參數(shù)的合理相關(guān)性參考值見表2。表2 主要參數(shù)的合理相關(guān)性參考值主要參數(shù)合理范圍50m/30m高度小時平均風速差值2.0m/s50m/10m高度小時平均風速差值4.0m/s50m/30m高度風向差值22.5c）趨勢檢驗，主要參數(shù)的合理變化趨勢參考值見表3。表3 主要參數(shù)的合理變化趨勢參考值主要參數(shù)合理變化趨勢1h平均風速變化6m/s1h平均溫度變化53h平均

11、氣壓變化1kPa注：各地氣候條件和風況變化很大，三個表中所列參數(shù)范圍供檢驗時參考，在數(shù)據(jù)超出范圍時應(yīng)根據(jù)當?shù)仫L況特點加以分析判斷。523 不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理5231 檢驗后列出所有不合理的數(shù)據(jù)和缺測的數(shù)據(jù)及其發(fā)生的時間。5232 對不合理數(shù)據(jù)再次進行判別，挑出符合實際情況的有效數(shù)據(jù)，回歸原始數(shù)據(jù)組。5233 將備用的或可供參考的傳感器同期記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理，替換已確認為無效的數(shù)據(jù)或填補缺測的數(shù)據(jù)。524 計算測風有效數(shù)據(jù)的完整率，有效數(shù)據(jù)完整率應(yīng)達到90%。有效數(shù)據(jù)完整率按下式計算：式中：應(yīng)測數(shù)目測量期間小時數(shù)； 缺測數(shù)目沒有記錄到的小時平均值數(shù)目； 無效數(shù)據(jù)數(shù)目確認為不合理的小時

12、平均值數(shù)目。525 驗證結(jié)果經(jīng)過各種檢驗，剔除掉無效數(shù)據(jù)，替換上有效數(shù)據(jù)，整理出至少連續(xù)一年的風場實測逐小時風速風向數(shù)據(jù)，并注明這套數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)完整率。編寫數(shù)據(jù)驗證報告，對確認為無效數(shù)據(jù)的原因應(yīng)注明，替換的數(shù)值應(yīng)注明來源。此外，宜包括實測的逐小時平均氣溫（可選）和逐小時平均氣壓（可選）。53 數(shù)據(jù)訂正531 目的數(shù)據(jù)訂正是根據(jù)風場附近長期測站的觀測數(shù)據(jù)，將驗證的風場測風數(shù)據(jù)訂正為一套反映風場長期平均水平的代表性數(shù)據(jù)，即風場測風高度上代表年的逐小時風速風向數(shù)據(jù)。532 當?shù)亻L期測站宜具備以下條件才可將風場短期數(shù)據(jù)訂正為長期數(shù)據(jù)：a）同期測風結(jié)果的相關(guān)性較好；b）具有30年以上規(guī)范的測風記錄；c

13、）與風場具有相似的地形條件；d）距離風場比較近。533 應(yīng)收集的長期測站有關(guān)數(shù)據(jù)見4.1.2。534 數(shù)據(jù)訂正的方法見附錄A。54 數(shù)據(jù)處理541 目的將訂正后的數(shù)據(jù)處理成評估風場風能資源所需要的各種參數(shù)，包括不同時段的平均風速和風功率密度、風速頻率分布和風能頻率分布、風向頻率和風能密度方向分布、風切變指數(shù)和湍流強度等。542 平均風速和風功率密度月平均、年平均；各月同一鐘點（每日0點至23點）平均、全年同一鐘點平均。風功率密度的計算方法見附錄B1。543 風速和風能頻率分布以1m/s為一個風速區(qū)間，統(tǒng)計每個風速區(qū)間內(nèi)風速和風能出現(xiàn)的頻率。每個風速區(qū)間的數(shù)字代表中間值，如5m/s風速區(qū)間為4.

14、6m/s到5.5m/s。544 風向頻率及風能密度方向分布計算出在代表16個方位的扇區(qū)內(nèi)風向出現(xiàn)的頻率和風能密度方向分布。風能密度方向分布為全年各扇區(qū)的風能密度與全方位總風能密度的百分比。風能密度的計算方法見附錄B2。注：出現(xiàn)頻率最高的風向可能由于風速小，不一定是風能密度最大的方向。545 風切變指數(shù)推薦用冪定律擬合，風切變冪律公式和風切變指數(shù)的計算方法見附錄B3。如果沒有不同高度的實測風速數(shù)據(jù)，風切變指數(shù)取1/7（0.143）作為近似值。注：近地層任意高度的風速，可以根據(jù)風切變指數(shù)和儀器安裝高度測得的風速推算出來。估算風力發(fā)電機組發(fā)電量時需要推算出輪轂高度的風況。546 湍流強度風能資源評估

15、中采用的湍流指標是水平風速的標準偏差，再根據(jù)相同時段的平均風速計算出湍流強度（IT）5461 湍流強度的計算方法見附錄B4。5462 逐小時湍流強度。逐小時湍流強度是以1h內(nèi)最大的10min湍流強度作為該小時的代表值。546 訂正后的風況數(shù)據(jù)報告格式（示例）見附錄C。6 風能資源評估的參考判據(jù)61 編制風況圖表將5.4條中處理好的各種風況參數(shù)繪制成圖形。主要分為年風況和月風況兩大類。風況圖格式（示例）見附錄D。611 年風況a）全年的風速和風功率日變化曲線圖；b）風速和風功率的年變化曲線圖；c）全年的風速和風能頻率分布直方圖；d）全年的風向和風能玫瑰圖。612 月風況a）各月的風速和風功率日變

16、化曲線圖；b）各月的風向和風能玫瑰圖。613 相關(guān)長期測站風況a）與風場測風塔同期的風速年變化直方圖；b）連續(xù)2030年的風速年際變化直方圖。注：將各種風況參數(shù)繪制成圖形能夠更直觀地看出風場的風速、風向和風能的變化，便于和當?shù)氐牡匦螚l件、電力負荷曲線等比較，判斷是否有利于風力發(fā)電機組的排列、風電場輸出電力的變化是否接近負荷需求的變化等。62 風能資源評估的參考判據(jù)621 風功率密度風功率密度蘊含風速、風速分布鞋空氣密度的影響，是風場風能資源的綜合指標，風功率密度等級見表4。應(yīng)注意表4中風速參考值依據(jù)的標準條件（見表4的注1、注2）與風場實際條件的差別。表4 風功率密度等級表風功率密度等級10m

17、高度30m高度50m高度應(yīng)用于并網(wǎng)風力發(fā)電風功率密度W/m2年平均風速參考值m/s風功率密度W/m2年平均風速參考值m/s風功率密度W/m2年平均風速參考值m/s11004.41605.12005.621001505.11602405.92003006.431502005.62403206.53004007.0較好42002506.03204007.04005007.5好52503006.44004807.45006008.0很好63004007.04806408.26008008.8很好740010009.4640160011.0800200011.9很好注: 1 不同高度的年平均風速參考值

18、是按風切變指數(shù)為1/7推算的。 2 與風功率密度上限值對應(yīng)的年平均風速參考值，按海平面標準大氣壓及 風速頻率符合瑞利分布的情況推算。622 風向頻率及風能密度方向分布風電場同機組位置的排列取決于風能密度方向分布和地形的影響。在風能玫瑰圖上最好有一個明顯的主導風向，或兩個方向接近相反的主風向。在山區(qū)主風向與山脊走向垂直為最好。623 風速的日變化和年變化用各月的風速（或風功率密度）日變化曲線圖和全年的風速（或風功率密度）日變化曲線較，與同期的電網(wǎng)日負荷曲線對比；風速（或風功率密度）年變化曲線圖，與同期的電網(wǎng)年負荷曲線對比，兩者相一致或接近的部分越多越好。624 湍流強度IT值在0.10或以下表示

19、湍流相對較小，中等程度湍流的IT值為0.100.25，更高的IT值表明湍流過大。注：風場的湍流特征很重要，因為它對風力發(fā)電機組性通用不利影響，主要是減少輸出功率，還可能引起極端荷載，最終削弱和破壞風力發(fā)電機組。625 其他氣象因素特殊的天氣條件要對風力發(fā)電機組提出特殊的要求，會增加成本和運行的困難，如最大風速超過40m/s或極大風速超過60m/s，氣溫低于零下20，積雪、積冰、雷暴、鹽霧或沙塵多發(fā)地區(qū)等。附錄A（提示的附錄）數(shù)據(jù)訂正的方法將風場短期測風數(shù)據(jù)訂正為代表年風況數(shù)據(jù)的方法如下：1）作風場測站與對應(yīng)年份的長期測站各風向象限的風速相關(guān)曲線。某一風向象限內(nèi)風速相關(guān)曲線的具體作法是：建一直角

20、坐標系，橫坐標軸為長期測站風速，縱坐標軸為風場測站的風速。取風場測站的該象限內(nèi)的某一風速值（某一風速值在一個風向象限內(nèi)一般有許多個，分別出現(xiàn)在不同時刻）為縱坐標，找出長期測站各對應(yīng)時刻的風速值（這些風速值不一定相同，風向也不一定與風場測站相對應(yīng)），求其平均值作為橫坐標即可定出相關(guān)曲線的一個點，對風場測站在該象限內(nèi)的其余每一個風速重復上述過程，就可作出這一象限內(nèi)的風速相關(guān)曲線。對其余各象限重復上述過程，可獲得16個風場測站與長期測站的風速相關(guān)曲線。2）對每個風速相關(guān)曲線，在橫坐標軸上標明長期測站多年的年平均風速，通訊與風場測站觀測同期的長期測站的年平均風速，然后在縱坐標軸上找到對應(yīng)的風場測站的兩個風速值，并求出這兩個風速值的代數(shù)差值（共有16個代數(shù)差值）。3）風場測站數(shù)據(jù)的各個風向象限內(nèi)的每個風速都有加上對應(yīng)的風