文 | 胡學(xué)敏

風(fēng)電場測風(fēng)管理

文 | 胡學(xué)敏

對(duì)于一個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目來說，項(xiàng)目的前期決策是確保項(xiàng)目盈利的先決條件。在項(xiàng)目開工建設(shè)前獲得完整、準(zhǔn)確的測風(fēng)數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)一個(gè)擬建風(fēng)電場優(yōu)劣的最重要的因素之一。要想提高測風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整率，就要做好測風(fēng)塔選址、測風(fēng)塔維護(hù)、測風(fēng)數(shù)據(jù)采集和測風(fēng)數(shù)據(jù)整理分析過程中的工作，盡量避免由于測風(fēng)數(shù)據(jù)誤差增加投資風(fēng)險(xiǎn)。另外精準(zhǔn)的測風(fēng)數(shù)據(jù)也是后評(píng)估階段要考慮的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

測風(fēng)塔選址與安裝

一、 測風(fēng)塔選址

（一） 測風(fēng)塔位置的選擇

擬建風(fēng)電場內(nèi)測風(fēng)塔位置的選擇要遵循以下幾個(gè)原則：風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)測風(fēng)塔位置的風(fēng)況應(yīng)基本代表該風(fēng)電場整體的風(fēng)況，所立測風(fēng)塔周圍環(huán)境要與風(fēng)電機(jī)組位置的環(huán)境基本一致，也就是說安裝測風(fēng)塔位置的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣穩(wěn)定性、地表植被、地勢等因素要和將來設(shè)立機(jī)組點(diǎn)位處的這些因素基本保持一定的相似性。設(shè)立測風(fēng)塔的目的就是能夠準(zhǔn)確反映將來風(fēng)電場內(nèi)機(jī)組位置的風(fēng)能資源情況。根據(jù)國標(biāo)GS/T 18709-2002規(guī)定，測風(fēng)塔所選測量位置的風(fēng)況應(yīng)基本代表該風(fēng)電場的風(fēng)況，測風(fēng)塔位置既不能選在風(fēng)電場區(qū)域的較高處也不能選擇較低的位置，所選位置應(yīng)能代表場區(qū)內(nèi)機(jī)組總體位置。測風(fēng)塔附近應(yīng)無高大建筑物、樹木等障礙物，與單個(gè)障礙物距離應(yīng)大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應(yīng)保持在障礙物最大高度的10倍以上。測量位置應(yīng)選擇在風(fēng)電場主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。

對(duì)于復(fù)雜地形，隆升地形氣流在盛行風(fēng)向吹向隆升地形時(shí)，山腳風(fēng)速最小，山頂風(fēng)速最大，半山坡的風(fēng)速趨于中間，均不能代表風(fēng)電場的風(fēng)速，應(yīng)根據(jù)地形特征選在機(jī)組實(shí)際可能位置，在山頂、半山坡的來流方向安裝測風(fēng)塔。對(duì)于低凹地形如峽谷內(nèi)，當(dāng)盛行風(fēng)向與低凹地形的走向一致時(shí)， 低凹地形內(nèi)的氣流被加速，適宜建設(shè)風(fēng)電場。如果盛行風(fēng)向與山谷走向不一致，谷內(nèi)的氣流變化復(fù)雜導(dǎo)致湍流增大，這樣的區(qū)域不宜建設(shè)風(fēng)電場。所以，在這個(gè)地形條件下測風(fēng)塔應(yīng)設(shè)在低凹地形盛行風(fēng)向的上風(fēng)入口處， 測風(fēng)數(shù)據(jù)才具有代表性。

（二）測風(fēng)塔數(shù)量的選擇

對(duì)于擬建風(fēng)電場區(qū)域測風(fēng)塔數(shù)量的選擇要兼顧經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性兩個(gè)方面。僅從技術(shù)角度考慮區(qū)域內(nèi)測風(fēng)塔數(shù)量越多越能準(zhǔn)確的反映出場區(qū)內(nèi)的風(fēng)能資源分布情況。從經(jīng)濟(jì)性角度來講測風(fēng)塔數(shù)量越多前期投入的成本就越多，適度的控制測風(fēng)塔數(shù)量可以降低投資成本。所以在風(fēng)電場前期測風(fēng)塔數(shù)量的選擇要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況綜合考慮。

總體來說規(guī)劃區(qū)域內(nèi)測風(fēng)塔數(shù)量根據(jù)風(fēng)電場規(guī)模和地形復(fù)雜程度而定。一般來說，具有均勻粗糙度的平坦地形50km2-100 km2范圍考慮在場中央安裝1個(gè)測風(fēng)塔即可。如果場區(qū)內(nèi)地表粗糙度在中間銜接發(fā)生急劇變化，測風(fēng)塔應(yīng)避開此類地區(qū)， 在地表粗糙度變化前和變化后分別安裝測風(fēng)塔；丘陵及山地地形30km2-40km2范圍考慮1個(gè)測風(fēng)塔。 對(duì)于復(fù)雜地形來說，盡量設(shè)立兩個(gè)以上測風(fēng)塔，以便綜合分析場區(qū)內(nèi)的風(fēng)能資源。在選擇測風(fēng)塔位置時(shí)，盡量不要把點(diǎn)位選擇在局部地形的地方。

二、 測風(fēng)設(shè)備的選擇與安裝

目前國內(nèi)采用的測風(fēng)設(shè)備主要為美國NRG公司的symphonie 型測風(fēng)儀和美國賽風(fēng)公司（SECONDWIND）的NOMAD測風(fēng)系統(tǒng)以及西班牙EOL測風(fēng)系統(tǒng)。這三種測風(fēng)設(shè)備的工作原理基本一致，都屬于機(jī)械式測風(fēng)儀。只是在細(xì)節(jié)上有所差距。可以根據(jù)擬建風(fēng)電場現(xiàn)場的實(shí)際需求安裝合適的測風(fēng)設(shè)備。

一般測風(fēng)塔至少布置至少3層的風(fēng)速儀、2層的風(fēng)向儀，同時(shí)在7m-10m的設(shè)備箱中要布置風(fēng)向、溫度、氣壓、濕度等氣象觀測應(yīng)以滿足今后風(fēng)電場風(fēng)能資源評(píng)估和設(shè)計(jì)的有關(guān)要求。各層的風(fēng)速風(fēng)向儀之間方位角一般相差180°，同時(shí)風(fēng)速儀的安裝角度需與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)速呈90°，同時(shí)風(fēng)向儀要根據(jù)當(dāng)?shù)卮牌沁M(jìn)行修正。具體如圖1。

測風(fēng)數(shù)據(jù)采集與處理

一、測風(fēng)數(shù)據(jù)采集

測風(fēng)塔測風(fēng)儀采集的數(shù)據(jù)一般通過無線通訊（GSM,GPRS/CDMA）、衛(wèi)星、短波等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在沒用無線通訊信號(hào)的地方則采取現(xiàn)場取數(shù)據(jù)的方法。采用無線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)一般可以設(shè)置多個(gè)接收數(shù)據(jù)的郵箱。即，數(shù)據(jù)可以同時(shí)發(fā)送到多個(gè)郵箱。建議各公司測風(fēng)數(shù)據(jù)管理人員設(shè)施多個(gè)專用郵箱用來采集數(shù)據(jù)。定期利用批量下載軟件收集測風(fēng)數(shù)據(jù)并以正本保存。測風(fēng)數(shù)據(jù)收集周期不宜過長，一般不超過1個(gè)月，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)測風(fēng)設(shè)備故障。對(duì)于沒有無線通訊區(qū)域的測風(fēng)塔，應(yīng)盡量采用空間大的存儲(chǔ)卡。如果條件允許盡量一個(gè)月現(xiàn)場取一次數(shù)據(jù)。國標(biāo)規(guī)定現(xiàn)場測量、收集數(shù)據(jù)應(yīng)至少連續(xù)進(jìn)行一年，并保證采集的有效數(shù)據(jù)完整率達(dá)到90%以上。 數(shù)據(jù)收集、分析、處理的時(shí)段最長不宜超過一個(gè)月，如果數(shù)據(jù)缺失超過一個(gè)月，數(shù)據(jù)的完整率就很難保證達(dá)到90%以上。

二、 測風(fēng)數(shù)據(jù)處理

（一）測風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

收集的測量數(shù)據(jù)應(yīng)作為原始資料正本保存，用復(fù)制件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和整理。對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷，判斷數(shù)據(jù)是否在合理的范圍內(nèi)；判斷不同高度的測量記錄相關(guān)性是否合理；判斷測量參數(shù)連續(xù)變化趨勢是否合理，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)缺漏和失真時(shí)，應(yīng)立即認(rèn)真檢查測風(fēng)設(shè)備，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢修或更換，并應(yīng)對(duì)缺漏和失真數(shù)據(jù)說明原因。

風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的內(nèi)容包括完整性檢驗(yàn)和合理性驗(yàn)證。測風(fēng)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的內(nèi)容是統(tǒng)計(jì)風(fēng)速、風(fēng)向的缺失次數(shù)和測風(fēng)數(shù)據(jù)的完整率。根據(jù)GB/T18710-2002 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合理性檢驗(yàn)內(nèi)容主要有：合理性檢驗(yàn)范圍，風(fēng)速0 m/s-40m/s ,風(fēng)向0°-360°，認(rèn)為是合理的。相關(guān)性檢驗(yàn)的合理范圍如表2，趨勢性的合理范圍規(guī)定1小時(shí)平均風(fēng)速差的合理范圍應(yīng)小于6m/s,1小時(shí)平均氣溫差的合理范圍應(yīng)小于5°，3小時(shí)平均氣壓差的合理范圍應(yīng)小于1kPa。

（二） 測風(fēng)數(shù)據(jù)整理分析

經(jīng)過對(duì)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和分析后發(fā)現(xiàn)，由于測風(fēng)塔儀器故障、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)網(wǎng)絡(luò)故障等原因，致使某天或是某月份數(shù)據(jù)存在遺漏和錯(cuò)誤的現(xiàn)象，如果故障數(shù)據(jù)完整率不能達(dá)到國標(biāo)90%以上的要求，必須對(duì)遺漏和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)和訂正。修補(bǔ)的原則按不同風(fēng)速求相關(guān)性的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。一般來說，同一座測風(fēng)塔一層風(fēng)速、風(fēng)向缺失損壞時(shí)有同塔相鄰層數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)；如果同塔多層數(shù)據(jù)均缺失，采用場區(qū)內(nèi)相鄰幾個(gè)測風(fēng)塔相關(guān)性最好的同層數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于場區(qū)內(nèi)沒有其他測風(fēng)數(shù)據(jù)，附近又沒有相關(guān)性較好的測風(fēng)塔，可采用氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)。但是氣象數(shù)據(jù)一般都設(shè)立在城鎮(zhèn)附近，塔高只有10m，相關(guān)性一般不好。如果條件允許可以購買長期中尺度數(shù)據(jù)，效果會(huì)更好一些。

每月對(duì)測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)測風(fēng)儀器的故障，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，在進(jìn)行測風(fēng)數(shù)據(jù)處理分析時(shí)借助一些軟件或是自己編制一些小程序會(huì)更直觀。對(duì)于新疆大部分區(qū)域、河西走廊地區(qū)或是山谷地形風(fēng)速分布要注意是否呈現(xiàn)威布爾雙峰分布。還有當(dāng)風(fēng)切變?yōu)樨?fù)時(shí)，要正確判斷是真實(shí)的負(fù)切邊還是測風(fēng)儀器故障，以免造成不必要的損失。

表1 相關(guān)性檢驗(yàn)的合理范圍

測風(fēng)儀使用壽命與移塔

目前的風(fēng)電場安裝的測風(fēng)塔都是機(jī)械式的測風(fēng)儀，測風(fēng)塔長期工作在風(fēng)速較大、潮濕、低溫等惡劣環(huán)境下，測風(fēng)儀極易磨損。風(fēng)速儀和風(fēng)速向儀工作幾年后獲得的測風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就會(huì)降低。所以要定期對(duì)測風(fēng)儀進(jìn)行校驗(yàn)和更換。目前很多風(fēng)電場的測風(fēng)塔都在超期服役，這樣測風(fēng)塔運(yùn)行2年后獲得的數(shù)據(jù)就會(huì)有很大的誤差，并且經(jīng)常出故障，這樣就失去了持續(xù)測風(fēng)的意義。

現(xiàn)在為了節(jié)約成本，有些區(qū)域測風(fēng)滿一年后，發(fā)現(xiàn)風(fēng)能資源條件不適合建立風(fēng)電場，就把塔轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)進(jìn)行測風(fēng)。在移塔過程中，要對(duì)測風(fēng)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，塔架要重新加固。重新安裝時(shí)要嚴(yán)格按照新立測風(fēng)塔的安裝說明進(jìn)行安裝。這樣才能保證測風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

早期建設(shè)的一些風(fēng)電場由于對(duì)前期測風(fēng)數(shù)據(jù)重視程度不夠，造成了前期決策階段的風(fēng)能資源估算結(jié)果與風(fēng)電場建成以后實(shí)際發(fā)電情況差距大、由于機(jī)組選型與實(shí)際風(fēng)況不匹配而導(dǎo)致發(fā)電量較低或機(jī)組故障頻發(fā)等一系列問題。隨著風(fēng)電場運(yùn)行年限增加和后評(píng)估工作的開展這些問題才突顯出來，引起了風(fēng)電企業(yè)的重視。風(fēng)電企業(yè)只有不斷增強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)管理、測風(fēng)設(shè)備安裝與維護(hù)的管理水平，才能使風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)獲取完整、準(zhǔn)確的測風(fēng)數(shù)據(jù)，為進(jìn)行準(zhǔn)確的風(fēng)能資源評(píng)估和合理的微觀選址提供了優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免風(fēng)電場投資和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，提高風(fēng)電場運(yùn)營效益。

（工作單位：大唐新能源試驗(yàn)研究院）