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针对陕西省金润河北镇风电场进行风能资源评价分析

2020-05-07 392 上传者：管理员

摘要：对陕西省宝鸡市陇县金润河北镇风电场气象条件、风功率密度、平均风速、主导风向等风能参数进行分析评价。结果表明，测风塔100m高度月平均风速、月平均风功率密度最大均出现在4月，最小均出现在8月；测风塔100m高度主导风向为SSW（南西南），主要风能方向为SSW（南西南），风电场风功率密度等级为1级。风电场安装20台2500kW的风电机组，装机容量50MW，年设计发电量1.33485×108kW•h，年出厂电量9.5426×107kW•h。结果可为其他风电场选址和发电量估算提供参考。

关键词：
平均风速
能源资源
风功率密度
风电场
风能
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风力发电实现了从风能到电能的转变，发电过程无污染，是一种可再生能源[1]。陕西省风能资源较为丰富，本文利用测风塔短期实测数据和气象站长期观测数据，结合陇县金润河北镇风电场气象条件、风功率密度、平均风速、主导风向等基础数据进行风能资源评估和发电量估算，结果可为其他风电场选址和发电量估算提供参考。

1、资料与方法

1.1风电场地理位置

风电场位于陕西省宝鸡市陇县河北镇，地形地貌为高山及丘陵，场址位于北纬34°55′28.85″—35°4′50.76″之间，东经106°55′32.59″—107°4′54.81″之间，场址高程在1156～1534m之间，风电场区域内有盘山水泥道路，交通比较便利。

1.2风电场气象资料

距风电场最近的气象站为宝鸡气象站，宝鸡气象站现位于北纬34°21′，东经107°08′，G30国道道北侧约1.2km处。该建站于1950年5月，观测业务一直持续至今，属国家基本气象站，可作为气象资料的代表站。气象要素特征值如表1所示。

表1宝鸡气象观测站主要气象要素特征值

1.3测风塔基本情况

在风电场场址处设有6973#测风塔，高度为100m，测风设备为美国NRG公司测风仪，测量了10m、30m、50m、75m、85m、100m高度处的风速，10m、100m高度处的风向。测风塔基本情况如表2所示。

表26973#测风塔基本情况表

6973#测风塔有2018年1月1日—2018年12月31日一整年逐10min风速风向资料，应测数据为52560个，实测数据为52489个。对测风有效数据进行合理范围、合理相关性和在1h内的合理变化趋势检验，得出各高度有效数据完整率为98.9%，满足规定。

2、风电场风能资源分析

2.1多年平均风速

宝鸡气象站1986—2015年风速年际变化及逐月平均风速变化直方图如图1、图2所示。

图11986—2015年风速年际变化直方图

图21986—2015年各年逐月平均风速变化直方图

从图1、图2中可以看出，同期测风时间年变化规律与气象站风速多年年变化规律一致，月平均风速以11月—次年5月风速较大，6—10月风速较小。根据宝鸡气象站近30年（1986—2015年）各年最大风速，采用极值Ⅰ型概率分布进行计算，得出宝鸡气象站50a一遇最大风速为26.87m/s。根据与测风塔同期测风时间风向和风能玫瑰图，宝鸡气象站风向主要为SSE（南南东）、NNW（西北偏北），频率分别为41.0%、23.7%。风能分布主要为SSE（南南东）、NNW（西北偏北），频率分别为63.6%、34.0%，共占总风能的97.6%，主风向和主风能方向分布一致。

2.2实测点平均风速和平均风功率密度变化

测风塔不同高度平均风资源特征值见表3，平均风速和平均风功率密度变化情况曲线如图3、图4所示。

表3风电场测风塔实测平均风速年际变化情况表

图3风电场测风塔实测平均风速年际变化图

图4风电场风资源要素风功率密度年际变化图

从图3、图4中可以看出，风电场风速全年均可发电，测风塔85m、100m高度年平均风速分别为4.4m/s、4.6m/s，年平均风功率密度分别为96.6W/m2、110.3W/m2。测风塔85m、100m高度月平均风速、月平均风功率密度最大均出现在4月，月平均风速分别为5.7m/s、5.9m/s，月平均风功率密度分别为170.9W/m2、193.3W/m2;85m、100m高度月平均风速、风功率密度最小均出现在8月，月平均风速分别为3.7m/s、3.8m/s，月平均风功率密度分别为50.6W/m2、55.5W/m2。风电场风功率密度等级为1级，风功率密度的变化趋势与风速一致。测风塔100m主导风向为SSW（南西南），相应频率为13.6%；主要风能方向为SSW（南西南），相应频率为26.3%。从风速、风功率日变化统计数据上看，风速存在较明显的日变化，白天风速、风功率密度较小，夜间风速、风功率密度较大。

2.3湍流强度

根据湍流强度公式和6973#测风塔测风数据，计算出测风塔50m、75m、85m、100m高度年平均湍流强度分别为0.180、0.173、0.119、0.088。85m、100m高度处15m/s风速的湍流强度分别为0.119、0.088。按照GB/T18710—2002风电场风能资源评估方法，该区域各层湍流强度属中低等湍流强度（0.10<IT（湍流强度）<0.25)[2]。

2.4风电场50a一遇极端风速

根据5d最大风速法，同时参照《全国风能资源评价技术规定》中修正的矩法估算参数[3]，计算得到拟建场址140m高度处50a一遇最大风速分别为37.4m/s。按照IEC（国际电工委员会）标准，最终确定本工程拟建场址为IEC三类风区。

3、发电量估算

根据平均风速、风功率密度、湍流强度、50a一遇极端风速等风能参数，确定本工程拟建场址为IEC三类风区。比选得出单机容量为2.5MW-WTG4的经济性最好，为主选机型[4]。风电场安装20台2500kW的风电机组，总装机规模为50MW。风电场年发电量的计算采用了国内外广泛使用的WASP10.0和WT645.3.2风能计算及优化软件。根据表4中各种损耗与风电机组利用率等参数的修正计算，得到综合折减系数为0.748（不包括尾流影响折减系数）。

表4修正系数取值

经计算，年设计发电量1.33485×108kW•h，年出厂电量9.5426×107kW•h，等效满负荷小时数为1908.5h，平均尾流影响折减系数为3.4%。各风机年出厂电量成果如表5所示。

4、结语

分析陕西省宝鸡市陇县金润河北镇风电场气象条件、风功率密度、平均风速、主导风向等风能参数得出以下结论：

a)测风塔85m、100m高度月平均风速、月平均风功率密度最大均出现在4月，月平均风速分别为5.7m/s、5.9m/s，月平均风功率密度分别为170.9W/m2、193.3W/m2;85m、100m高度月平均风速、风功率密度最小分别出现在8月，月平均风速分别为3.7m/s、3.8m/s，月平均风功率密度分别为50.6W/m2、55.5W/m2。风电场风功率密度等级为1级，风功率密度的变化趋势与风速一致。

b)测风塔100m主导风向为SSW（南西南），相应频率为13.6%；主要风能方向为SSW（南西南），相应频率为26.3%。风速存在较明显的日变化，白天风速、风功率密度较小，夜间风速、风功率密度较大。场区具有较好的开发价值，适合建设大型风电场。

c)风电场安装20台2500kW的风电机组，装机容量50MW，年设计发电量1.33485×108kW•h，年出厂电量9.5426×107kW•h，等效满负荷小时数为1908.5h，平均尾流影响折减系数为3.4%。

表5各风机年出厂电量计算成果表

参考文献：

[1]申宽育,吉超盈,牛子曦.陕西省风能资源育风力发电[J].西北水电,2011,12(2):1-3.

[2]于丽洁.新疆盐湖风电场电能资源评估分析[J].水电与新能源,2014,12(7):71-74.

[3]黄勇.风电场50年一遇最大风速计算方法的探讨[J].水文气象,2016,12(7):187-190.

[4]钟滔,任腊春.四川省山地风电场风电机组选型要点分析[J].四川水利发电,2014,12(4):89-91.

魏欣桃.陕西省金润河北镇风电场风能资源开发评估[J].能源与节能,2020(04):45-47.