2021年咨询工程师继续教育讲义-新能源专业-风能.doc

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1、新能源专业-风能 目 录1第一节风能概述2第二节我国风能资源的分布和特点3第三节风能资源的测量4第四节风资源数据统计分析方法和风资源评估 01风能概述1 风能原理水平运动的空气就是风，空气流动形成的动能称为风能，风能是太阳能的一种转化形式。太阳辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。风的形成是空气流动的结果。空气运动主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同形成的。大气真实运动是气压梯度力和地转偏向力综合影响的结果。 2 风能利用分类1、风力提水。2、风力发电。利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式。3、风帆助航。4、风力制热。

2、3 人类利用历史风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的，首先起源于丹麦。中国是世界上利用风能最早的国家之一。用帆式风车提水已有1700多年历史，在农业灌溉和盐池提水中起到过重要作用。4 风能利用的优缺点风力发电作为绿色能源的一种，己深受全世界的重视。风取之不尽，用之不竭，不存在资源衰竭问题；同时在风能的转换过程中，基本不消耗化石能源，因而不会对环境构成严重威胁。风电是一种高度清洁的能源技术，符合可持续发展的要求。发展风力发电是减少排放、防止全球气候变暖的一项主要措施。主要问题集中表现在生态上，可能干扰鸟类， 会发出一定的噪音。 02我国风能资源的分布和特点根据全国有效风能密度、有效风力

3、出现时间百分率，以及大于等于3m/s和6m/s风速的全年累积小时数划分为六个区域：一：东南沿海及其岛屿；二：内蒙古和甘肃北部；三：黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海；四：青藏高原、三北地区的北部和沿海；五： 云贵川，甘肃、陕西南部，河南、湖南西部，福建、广东、广西的山区，以及塔里木盆地；六： 四和五地区以外的广大地区； 一：东南沿海及其岛屿；为我国最大风能资源区，平均每天大于、等于3 m/s的风速有21.3h，是我国平地上有记录的风能资源最大的地方之一；二：内蒙古和甘肃北部，为我国次大风能资源区，这一地区的风能密度，虽较东南沿海为小，但其分布范围较广，是我国连成一片的最大风能资源区；三：黑龙江和

4、吉林东部以及辽东半岛沿海，风能也较大；四：青藏高原、三北地区的北部和沿海，为风能较大区，由于青藏高原海拔高，空气密度较小，所以风能密度相对较小；五： 云贵川，甘肃、陕西南部，河南、湖南西部，福建、广东、广西的山区，以及塔里木盆地，为我国最小风能区，在这一地区中，尤以四川盆地和西双版纳地区风能最小；六： 四和五地区以外的广大地区，为风能季节利用区； 03风能资源的测量1 测风系统的组成自动测风系统主要由六部分组成：包括传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置。传感器分风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器、输出信号为频率（数字）或模拟信号。主机利用微处理器对传感器发送的信号进行采

5、集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成。传统测风仪有风杯式风速仪、螺旋浆式风速仪及风压板风速仪等。新型测风仪有超声波测风仪、多普勒测风雷达测风仪、风廓线仪等。1.1 机械式测风仪机械式测风仪器的优点在于可靠性高，成本低。但同时也存在机械轴承磨损的情况，因此需要定期检测甚至更换。另外，在结冰地区，需要安装加热设备防止仪器结冰。1.2 非接触式测风仪优点在于受结冰天气（气候）的影响较小。缺点是用电量较大，在偏远地区的应用受到限制。 2 测风塔的选址2.1风电场测风塔的选址和测风仪器应符合下列规定：1地形较为平坦的风电场，可选择场址中央处安装测量设备，一座测风塔控制

6、半径不宜超过5km，地形较为复杂的风电场（含丘陵地区），应区分不同区域和地段，选择各地段有代表性的场址安装测量设备，一座测风塔控制半径不宜超过2km。2风电场测站应避开高大障碍物，测风塔的测风高度应不低于预装风力发电机组的轮毂高度。3 测风塔应在10m高度和预装风力发电机组的轮毂高度处各安装一套风速计和风向仪，每隔20m高度处可安装一套风速计。4 在植被覆盖较密的山区和林区，应根据植被的高度相应提高测风塔的测风仪器高度。 2.2测风塔的数量应符合下列规定：1对于地形较为平坦，风电场区域的海拔高差在50m以内，50MW及以下风电场可在平均海拔的位置安装12座测风塔。2对于地形较为复杂或200MW

7、及以上风电场，风电场区域的海拔高差在50m200m，可在海拔适中、地势相对开阔的丘陵岗上安装23座测风塔。3对于位于山区海拔高差在200m以上的装机容量50MW200MW风电场，宜在风场区域预装风力发电机组海拔最高处、最低处和平均海拔的山脊位置安装3座测风塔，如遇山脊走势多变，还应增加测风塔数量。4当拟建风电场下垫面条件变化很大，只能采用实测数据进行风资源评估时，可根据风电场范围内地形起伏变化设立多个一年以上的长期气象观测站。 3测量采样参数1 风速参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的平均风速，每10分钟的风速标准偏差，每10分钟内极大风速及其对应的时间和方向。单位为m/

8、s。2 风向参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的风向值。风向采用度来表示；也可以采用区域表示，区域共分为16等分，每个扇形区域含22.5。3 温度参数应每10分钟采样一次并记录，单位为。4 大气压力参数应每10分钟采样一次并记录，单位为kPa。 4测量仪器参数1 测风仪器设备在现场安装前应经法定计量部门检验合格，在有效期内使用。2 风速传感器应满足测量范围为0m/s60m/s，误差范围为0.5m/s，工作环境温度应满足当地气温条件。3 风向传感器应满足测量范围为0360，精确度为2.5，工作环境温度应满足当地气温条件。4 大气温度计一般应满足测量范围为-40+50，精确度

9、为1的要求。5 大气压力计一般应满足测量范围为60108 kPa，精确度为3%的要求。6 数据采集器应具有本规定的测量参数的采集、计算和记录的功能，具有在现场或室内下载数据的功能，能完整地保存不低于3个月采集的数据量，能在现场工作环境温度下可靠运行。 5 设备及安装1 测风塔结构可选择桁架型或圆管型等不同形式，高度应接近拟安装风力发电机组的轮毂高度。测风塔应该具备设计安全，结构轻便、易于运输及安装，在现场环境下结构稳定，风振动小等特点；并具备防腐、防雷电要求及配备“请勿攀登”等明显的安全标志。2风速仪、风向标安装时，建议至少安装三层，其中应有一套风速、风向传感器安装在10m高度处，另一套风速、

10、风向传感器应固定在拟安装的风力发电机组的轮毂中心高度处，其余的风速、风向传感器可固定在测风塔10m的整数倍高度接近拟安装风力发电机组叶片最低位置处。如果条件许可，每隔10m高度安装一套风速、风向传感器效果更好。3 为减小测风塔的“塔影效应”对传感器的影响，风速、风向传感器应固定在离开塔身的牢固横梁处，与塔身距离为桁架式结构测风塔直径的3倍以上、圆管型结构测风塔直径的6倍以上，迎主风向安装并进行水平校正。4 风向标应根据当地磁偏角修正，按实际“北”定向安装。风向标死区范围应避开主方向。5 安装数据采集器时，数据采集安装盒应固定在测风塔上适当位置处，或者安装在现场的临时建筑物内；安装盒应防水、防冻

11、、防腐蚀和防沙尘；数据传输应保证准确。6 温度计及大气压力计可随测风塔安装，也可安装在附近的百叶箱内。 6 数据收集1 现场测量收集数据应至少连续进行一年，并保证采集的有效数据完整率达到90%以上。2 数据收集的时段最长不宜超过一个月，收集的测量数据应作为原始资料正本保存，用复制件进行数据分析和整理。 7数据整理1 不得对现场采集的原始数据进行任何的删改或增减，并应及时对下载数据进行复制和整理。2 每月收集数据后应对收集的数据进行初步判断，判断数据是否在合理的范围内；判断不同高度的测量记录相关性是否合理；判断测量参数连续变化趋势是否合理。3 发现数据缺漏和失真时，应立即认真检查测风设备，及时进

12、行设备检修或更换，并应对缺漏和失真数据说明原因。4 经整理形成现场测量逐十分钟原始数据报告。5 经整理形成现场测量逐小时原始数据与极大风速数据报告。6 将所有未经修改的原始测风数据记录和质量控制记录整理汇总到一起。 04风资源数据统计分析方法和风资源评估1基本资料1应收集风电场附近气象观测站气象资料，并应选择风电场所在地附近有长期观测记录的气象观测站作为参考气象观测站。2应对场址所在地的区域风能资源基本状况进行分析，并对相关的地理条件和气候特征进行适应性分析。3 应收集风电场及附近测风塔各高度不少于完整一年的风速、风向及气压、气温资料。4应收集风电场范围内机位、变电站、集电线路、道路等地质勘探

13、资料。5应收集风电场场区1：2000（山区）或1：5000（平原）的地形图，地形图的范围应包括场区外延1km2km的区域。6应收集风力发电机组资料，包括风机风能利用系数、推力系数、设计风电场空气密度下的功率曲线、几何尺寸、技术参数、各种工况下的基础受力情况，以及设备标定和运输、维护资料。 2风能资源分析1 整理和分析测量数据应符合现行国家标准风电场风能资源测量方法GB/T 18709和风电场风能资源评估方法GB/T 18710中的规定。2 测风塔缺测数据处理，应符合下列规定：a 测风塔某一时段所有设备缺测，宜采用相关性较好的邻近测风塔同期的、相同或邻近高度的测风数据，通过两者之间相关关系进行插

14、补。同期测风数据的相关系数不宜小于0.8，所有设备缺测数据总数符合现行国家标准风电场风能资源测量方法GB/T 18709中的规定。b测风塔只有某些设备缺测，宜采用相邻高度同时段的完整风速数据，计算相邻两高度同时段风切变指数，按现行国家标准风电场风能资源评估方法GB/T 18710中风切变幂律公式进行插补。3 长期测站的选择，应符合下列规定：a 具有连续30年以上规范的测风记录。b 距离风电场比较近。C 与风电场同期测风结果相关性较好。D 与风电场地形条件相似。4 当有多个长期测站时，宜选择相关性最好的长期测站参与风电场测站数据的订正。 5当人工测站变为自动测站或测站站址变动时，应收集变化前后平行或对比观测数据，按现行国家标准风电场风能资源评估方法GB/T 18710中的要求，收集长期测站现状和过去的变化情况，并分析其对风速、风向变化造成的影响。6应按现行国家标准风电场风能资源评估方法GB/T 18710的要求，收集和分析长期测站数据。对长期测站年平均风速、月平均风速变化不合理或突变情况应进行详细分析。7 代表年数据分析应符合下列规定：1宜选择有代表性的连续不少于20年的年平均风速作为长系列。2当长期测站由人工测站变为自动测站或测站站址变动，导致测风数据不连续时，可选择最近至少连续7年的年平均风速作为长系列。8 代表年数据