韓世昌 梁繼 李芹 賈國忠 王博 戴小景

摘 要：為了評估西吉縣偏城梁風(fēng)電場風(fēng)能資源狀況，利用風(fēng)電場測風(fēng)塔和原州區(qū)氣象站觀測數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力評估計(jì)算方法，對該地風(fēng)力資源進(jìn)行評估。計(jì)算表明10m高度主導(dǎo)風(fēng)向是NNW和ESE方向，70m高度年平均風(fēng)速風(fēng)和風(fēng)功率密度為6.489 m/s和275 W/㎡，湍流強(qiáng)度屬于中等湍流強(qiáng)度，風(fēng)功率密度2級。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力資源；湍流強(qiáng)度；風(fēng)功率密度

為準(zhǔn)確了解西吉縣偏城梁風(fēng)能資源狀況，對偏城梁風(fēng)電場風(fēng)能資源進(jìn)行分析評估，定量統(tǒng)計(jì)分析該地區(qū)風(fēng)能資源狀況，對偏城梁風(fēng)電場前期開發(fā)建設(shè)提供理論基礎(chǔ)，也為加快區(qū)域風(fēng)資源評估提供了理論依據(jù)。

一、風(fēng)電場概況及測風(fēng)塔位置

西吉縣偏城梁風(fēng)電場位于西吉縣東南偏城鄉(xiāng)境內(nèi)，東面緊靠原州區(qū)是固原市和原州區(qū)人民政府所在地，風(fēng)電場地勢起伏，場地開闊。測風(fēng)塔所在位置位于東徑106°0′37″，北緯37°58′53″，海拔高度約1944m。觀測時(shí)間是2010年5月1日-2011年5月1日，觀測高度為10m、50m、60m、70m。

二、 測風(fēng)數(shù)據(jù)來源

原州區(qū)氣象站是國家基準(zhǔn)氣象站，位于測風(fēng)塔的東面，是與風(fēng)塔最近的氣象站，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°16′，北緯36°00′N，海拔高度1753m，屬于國家基準(zhǔn)氣候站。建站于1957年1月，有57年長序列氣象資料，因此選用原州區(qū)氣象站1980～2010年10m高度風(fēng)向風(fēng)速進(jìn)行分析，對風(fēng)電場資源情況有較好的參證作用。

三、 參證站風(fēng)資源分析

1.參證站風(fēng)資源分析

（1）年平均風(fēng)速。原州區(qū)氣象站近30年（1981～2010年）平均風(fēng)速2.6m/s，在2.3-3.0m/s之間變化。其中，1981-1982年風(fēng)速相對較大，在2.9-3.0 m/s之間；1983-1991年相對較小，在2.5-2.8 m/s之間；1984年為近30a中最小，為2.3 m/s；1992-1995風(fēng)速較大，在2.8-3.0 m/s之間；1996-2010年風(fēng)速較小，在2.4-2.8 m/s之間。

（2）月平均風(fēng)速。原州區(qū)氣象站近30年累月平均風(fēng)速在2.4-3.0m/s之間變化。春季3-5月平均風(fēng)速較大，為3.1m/s，其次夏季6-8月平均風(fēng)速為2.6 m/s，秋季9-11月平均風(fēng)速相對較小，為2.4m/s。冬季1月平均風(fēng)速最小，為2.3 m/s。

（3）風(fēng)向頻率。1981-2010年主風(fēng)向?yàn)楸蔽鞅保∟NW）和東東南（ESE），出現(xiàn)頻率分別為10.8%和9.7%，其次是E、SE和NW風(fēng)，各占8.7%、8.6%和7.7%，其他風(fēng)向出現(xiàn)頻率較小，僅占2.6-7.0%，靜風(fēng)出現(xiàn)頻率為0.9%，圖1為風(fēng)向頻率圖。

2.測風(fēng)塔代表年風(fēng)資源分析

（1）年變化。通過對各個(gè)高度測風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測風(fēng)塔10m、50m、60m、70m高度年平均風(fēng)速分別為5.509 m/s、6.264 m/s、6.254 m/s、6.489 m/s，年平均風(fēng)功率密度分別為174W/㎡、250 W/㎡、258 W/㎡、275 W/㎡。從70m處推算得測風(fēng)塔100m高度處年平均風(fēng)速為6.87 m/s，年平均風(fēng)功率密度為321.4 W/㎡。

（2） 風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，測風(fēng)塔10m高度全年主風(fēng)向?yàn)楸保∟），頻率19.5%，次風(fēng)向?yàn)闁|南偏南（SSE），頻率14.5%；風(fēng)能密度分布主方向?yàn)楸保∟），占總能量的29.4%，風(fēng)能密度分布次方向?yàn)闁|南偏北（SSE），占總能量的15.2%。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，測風(fēng)塔70m高度全年主風(fēng)向?yàn)楸保∟），頻率19.7%，次風(fēng)向?yàn)槲鞅逼保∟NW），占總能量的13.5%，風(fēng)能密度分布主方向?yàn)楸保∟），占總能量的22.5%。風(fēng)能密度分布次方向?yàn)闁|南偏南（SSE），占總能量的16.7%。

（3） 風(fēng)速、風(fēng)能頻率和有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)。代表年70m高度風(fēng)速頻率主要分布在1-11 m/s；代表年風(fēng)速頻率變化特征與觀測年基本一致。風(fēng)能頻率分布在7-16 m/s之間。從70m處推算得出測風(fēng)塔100m高度處年平均風(fēng)速為6.87 m/s，年平均風(fēng)功率密度為321.4 W/㎡。70m高度全年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)（3 m/s≤t有效≤25 m/s）為7253h。

（4） 風(fēng)切變指數(shù)和湍流強(qiáng)度。根據(jù)擬合的風(fēng)切變指數(shù)為0.194，70m高度平均湍流強(qiáng)度屬于中等湍流強(qiáng)度，對風(fēng)電機(jī)組的性能有一定影響。

四、 結(jié)語

1.根據(jù)《GB/T 18710-2002風(fēng)電場風(fēng)能源評估辦法》，判定項(xiàng)目區(qū)域風(fēng)功率密度屬于2級。

2.根據(jù)國際電工協(xié)會(huì)IEC61400-1（2005）標(biāo)準(zhǔn)，判定項(xiàng)目址區(qū)域?qū)儆冖箢悩?biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)機(jī)選型上需選用適合ⅢC類風(fēng)場運(yùn)行的高性能風(fēng)機(jī)。

綜上所述，本項(xiàng)目風(fēng)電場風(fēng)力資源比較豐富，代表年風(fēng)況品質(zhì)較好，具有一定的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，是一個(gè)較理想的風(fēng)電場。

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作者簡介：韓世昌（1973-），男，工程師，主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象研究工作。

通訊作者：梁繼忠（1972-），男，工程師，主要從事綜合氣象觀測工作。