趙韻

摘 要：風(fēng)資源評估是評估風(fēng)電場建設(shè)的一個很重要的條件。風(fēng)資源評估的一個重要部分是對結(jié)果不確定性的分析。不確定性分析是指對決策方案受到各種事前無法控制的外部因素變化與影響所進(jìn)行的研究和估計，是由于不確定因素變化對項目投資效益影響程度的分析與計算。文章描述了在風(fēng)資源評估過程中，跟不確定性分析相關(guān)的因素。

關(guān)鍵詞：風(fēng)資源；評估；不確定性；分析

1 發(fā)電量敏感因子

有若干不確定性因素跟風(fēng)速相關(guān)。為了把這些不確定性轉(zhuǎn)化為發(fā)電量，得出了一個從發(fā)電量到風(fēng)速的敏感比例，即敏感因子，單位是（GWh/annum）/（m/s），敏感因子有賴于很多因素，包括：（1）平均風(fēng)速；（2）風(fēng)速頻率分布；（3）風(fēng)電場風(fēng)機(jī)排布；（4）風(fēng)機(jī)機(jī)型。敏感因子也可以由敏感比例來描述風(fēng)速改變的百分比導(dǎo)致發(fā)電量改變的百分比。敏感比例在1.6到2.4之間視為正常。

2 不確定性

將每種因素的結(jié)果都假定為中心估計，移除各種偏量。但是，不可能對每一個分析的因素的所有偏量都進(jìn)行量化和修正。因此，分析中不能被量化的因素（誤差）我們當(dāng)作不確定性來考慮。這些因素里的各種來源的誤差一般情況下視為隨機(jī)。一般認(rèn)為隨機(jī)誤差的分布接近正態(tài)分布。例如，風(fēng)速儀的校正、相關(guān)性分析誤差和總體誤差，在考慮發(fā)電量預(yù)測的時候，已經(jīng)被證實是非常接近正態(tài)分布的。在對分析的每一步制定了各自的不確定性之后，應(yīng)用發(fā)電量敏感因子轉(zhuǎn)換成發(fā)電量。鑒于每步分析的不確定性根據(jù)來源的不同而不同，可以預(yù)計每個分析因素的誤差和另一個因素的誤差是沒有關(guān)系的。如果分析的每個單獨因素的誤差是不相關(guān)的，那么單獨的不確定性也可以認(rèn)為是彼此獨立的。所有分析因素的不確定性可以結(jié)合在一起，以平方根的形式呈現(xiàn)，作為發(fā)電量預(yù)算的總體不確定性，假設(shè)不確定性是正態(tài)分布。通常提供置信區(qū)間為50%、75%和90%的發(fā)電量預(yù)測。P50是一種情形，實際發(fā)電量高于或者低于P50發(fā)電量的機(jī)會是相等的，因此P50發(fā)電量水平通常被稱為中心估計。75%和90%的時間都能達(dá)到的發(fā)電量就是我們說的P75和P50。不同置信區(qū)間下的發(fā)電量水平是基于中心估計的發(fā)電量、不確定性以及置信區(qū)間下適合的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

進(jìn)一步還需要考慮的是發(fā)電量是基于未來多少年，通?？紤]的是1年、10年和20年，但是其他的時間如果需要的話也可以考慮。

3 不確定性分類

3.1 風(fēng)速測量

由于風(fēng)速儀對風(fēng)速的測量精確性各有不同，需要對其進(jìn)行不確定性分析，通?？紤]的是最高的風(fēng)速儀。基于風(fēng)速儀有沒有補(bǔ)MEASNET名單內(nèi)的第三方校準(zhǔn)，以及是不是符合IEA和IEC61400-

12-1標(biāo)準(zhǔn)，其不確定性在2.0%-3.0%范圍內(nèi)。

3.2 數(shù)據(jù)重建

當(dāng)測風(fēng)塔數(shù)據(jù)需要重建的時候，由于應(yīng)用了分扇區(qū)的加速因子到長期風(fēng)速和風(fēng)頻分布，所以產(chǎn)生了不確定性。值得注意的是，即使有十分鐘平均的數(shù)據(jù)，該不確定性還是由小時平均數(shù)據(jù)得出。如果進(jìn)行了許多相關(guān)性分析，那么需要考慮多次的不確定性，對根據(jù)不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行重建的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計算，并結(jié)合在一起。數(shù)據(jù)即使是重建后也不是總能達(dá)到100%的數(shù)據(jù)覆蓋率。不需要應(yīng)用額外的不確定性，除非有一個或者多個月，比如所有的一月份數(shù)據(jù)都少于一個月。如果這樣的話，風(fēng)玫瑰圖應(yīng)該考慮更高的不確定性，來彌補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)損失。

3.3 長期風(fēng)速調(diào)整

風(fēng)資源評估當(dāng)中，測風(fēng)塔的實測數(shù)據(jù)時間段有限，需要應(yīng)用現(xiàn)場參考站的長期數(shù)據(jù)來對測風(fēng)塔的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行長期風(fēng)速調(diào)整，這其中也有不確定性。該不確定性的分析應(yīng)用Bootstrapping法，即利用有限的樣本資料經(jīng)由多次重復(fù)抽樣，重新建立起足以代表母體樣本分布之新樣本。

3.4 年平均風(fēng)速變化

年平均風(fēng)速隨著年份不同而不同。有研究表明[1]，長期年平均風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)變化率為6%。如果現(xiàn)場附近有長期參考站數(shù)據(jù)可以參考（比如超過15年），那么這些數(shù)據(jù)可以用來定義該區(qū)域年平均風(fēng)速的變化率。如果沒有這樣的長期數(shù)據(jù)參考，那么就用6%來定義。

3.5 垂直外推

當(dāng)測風(fēng)塔測量的風(fēng)速高度和輪轂高度不一致時，需要對測風(fēng)塔測量風(fēng)速進(jìn)行外推，得到風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速，這其中有不確定性。目前，相關(guān)不確定性的計算方法還在研究中，但是這個過程存在很多變數(shù)，還沒有哪種計算方法能考慮到所有的情況。當(dāng)實際情況與以下情況相符時，可以認(rèn)為是“理想”的：（1）所有的風(fēng)速儀類型相同；（2）所有風(fēng)速儀都經(jīng)過合格校準(zhǔn)；（3）所有風(fēng)速儀都按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安裝；（4）至少三個高度的風(fēng)速儀用來計算風(fēng)剪切；（5）最高處的風(fēng)速儀和低一些的風(fēng)速儀高度差至少20m；（6）測量數(shù)據(jù)顯示了良好的對數(shù)指數(shù)或冪指數(shù)的關(guān)系；（7）沒有因為周圍的樹木而導(dǎo)致高度調(diào)整；（8）最低的風(fēng)速儀高度至少30m；（9）有另一個測風(fēng)塔作參考，位于有著相似地形和植被的不同的地方。

但是實際情況往往跟上述有些不相符，需要對這些情況進(jìn)行評估，其導(dǎo)致的不確定性的大小取決于其對結(jié)果的影響程度，如下：（1）風(fēng)速儀沒有經(jīng)過校準(zhǔn)；（2）風(fēng)速儀的安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)，離塔身和桅桿距離太近；（3）只有兩個風(fēng)速儀用來分析風(fēng)剪切；（4）風(fēng)剪切指數(shù)不具備代表性，并且沒有其他的測風(fēng)塔可以做參考。

3.6 風(fēng)流和尾流建模

風(fēng)流和尾流建模過程中，影響不確定性的因素主要有：（1）風(fēng)流模型的精確度（粗糙度、障礙物等）以及發(fā)電量模型（功率曲線、推理系數(shù)曲線、空氣密度等）；（2）風(fēng)機(jī)距離測風(fēng)塔的距離。在復(fù)雜地形（或者復(fù)雜風(fēng)況），建議最好是距離在一公里以內(nèi)，以降低不確定性。對簡單地形而言，建議最好是在兩公里以內(nèi)。當(dāng)然，實際情況一般是達(dá)不到這個標(biāo)準(zhǔn)的，所以不確定性會增大；（3）風(fēng)機(jī)所處的地形特征和測風(fēng)塔類似；（4）預(yù)測的尾流損失和風(fēng)機(jī)的排布；（5）現(xiàn)場及周圍的粗糙度是一致的還是變化的；（6）現(xiàn)場及周圍是否有樹林；（7）在

測風(fēng)塔及風(fēng)機(jī)位置附近是否有陡峭的斜坡超過20度。通常來說風(fēng)流和尾流建模對發(fā)電量評估的不確定性范圍在2%到10%之間。

3.7 風(fēng)玫瑰的長期代表性

如果測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)時長太短，其風(fēng)玫瑰圖是不具備長期代表性的。通常情況下，測風(fēng)塔實測有效數(shù)據(jù)的時長和不確定性的關(guān)系如表2所示。如果時長在2年以上，則視為具有長期代表性。

除了上述幾種不確定性分類之外，還有變電站計量、損失因子假設(shè)等帶來的不確定性。對風(fēng)資源評估的不確定性進(jìn)行分析，可以盡量弄清和減少不確定因素對經(jīng)濟(jì)效益的影響，預(yù)測項目投資對某些不可預(yù)見的風(fēng)險的抗沖擊能力，從而證明項目投資的可靠性和穩(wěn)定性，避免投產(chǎn)后不能獲得預(yù)期的利潤和收益，在風(fēng)資源評估過程中是由為重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]Rattery. P，"Understanding the risks of financing wind farms"， Final report of EU THERMIE B Contract No.STR 939-96 UK，August 1999.