風電場測風管理

文 | 胡學敏

風電場測風管理

文 | 胡學敏

對于一個風電項目來說，項目的前期決策是確保項目盈利的先決條件。在項目開工建設前獲得完整、準確的測風數據是評價一個擬建風電場優劣的最重要的因素之一。要想提高測風數據的準確性和完整率，就要做好測風塔選址、測風塔維護、測風數據采集和測風數據整理分析過程中的工作，盡量避免由于測風數據誤差增加投資風險。另外精準的測風數據也是后評估階段要考慮的一項重要指標。

測風塔選址與安裝

一、 測風塔選址

（一） 測風塔位置的選擇

擬建風電場內測風塔位置的選擇要遵循以下幾個原則：風電場區域內測風塔位置的風況應基本代表該風電場整體的風況，所立測風塔周圍環境要與風電機組位置的環境基本一致，也就是說安裝測風塔位置的風速、風向、溫度、濕度、大氣穩定性、地表植被、地勢等因素要和將來設立機組點位處的這些因素基本保持一定的相似性。設立測風塔的目的就是能夠準確反映將來風電場內機組位置的風能資源情況。根據國標GS/T 18709-2002規定，測風塔所選測量位置的風況應基本代表該風電場的風況，測風塔位置既不能選在風電場區域的較高處也不能選擇較低的位置，所選位置應能代表場區內機組總體位置。測風塔附近應無高大建筑物、樹木等障礙物，與單個障礙物距離應大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應保持在障礙物最大高度的10倍以上。測量位置應選擇在風電場主風向的上風向位置。

對于復雜地形，隆升地形氣流在盛行風向吹向隆升地形時，山腳風速最小，山頂風速最大，半山坡的風速趨于中間，均不能代表風電場的風速，應根據地形特征選在機組實際可能位置，在山頂、半山坡的來流方向安裝測風塔。對于低凹地形如峽谷內，當盛行風向與低凹地形的走向一致時， 低凹地形內的氣流被加速，適宜建設風電場。如果盛行風向與山谷走向不一致，谷內的氣流變化復雜導致湍流增大，這樣的區域不宜建設風電場。所以，在這個地形條件下測風塔應設在低凹地形盛行風向的上風入口處， 測風數據才具有代表性。

（二）測風塔數量的選擇

對于擬建風電場區域測風塔數量的選擇要兼顧經濟性和技術性兩個方面。僅從技術角度考慮區域內測風塔數量越多越能準確的反映出場區內的風能資源分布情況。從經濟性角度來講測風塔數量越多前期投入的成本就越多，適度的控制測風塔數量可以降低投資成本。所以在風電場前期測風塔數量的選擇要根據現場實際情況綜合考慮。

總體來說規劃區域內測風塔數量根據風電場規模和地形復雜程度而定。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個測風塔即可。如果場區內地表粗糙度在中間銜接發生急劇變化，測風塔應避開此類地區， 在地表粗糙度變化前和變化后分別安裝測風塔；丘陵及山地地形30km2-40km2范圍考慮1個測風塔。 對于復雜地形來說，盡量設立兩個以上測風塔，以便綜合分析場區內的風能資源。在選擇測風塔位置時，盡量不要把點位選擇在局部地形的地方。

二、 測風設備的選擇與安裝

目前國內采用的測風設備主要為美國NRG公司的symphonie 型測風儀和美國賽風公司（SECONDWIND）的NOMAD測風系統以及西班牙EOL測風系統。這三種測風設備的工作原理基本一致，都屬于機械式測風儀。只是在細節上有所差距。可以根據擬建風電場現場的實際需求安裝合適的測風設備。

一般測風塔至少布置至少3層的風速儀、2層的風向儀，同時在7m-10m的設備箱中要布置風向、溫度、氣壓、濕度等氣象觀測應以滿足今后風電場風能資源評估和設計的有關要求。各層的風速風向儀之間方位角一般相差180°，同時風速儀的安裝角度需與當地主導風速呈90°，同時風向儀要根據當地磁偏角進行修正。具體如圖1。

測風數據采集與處理

一、測風數據采集

測風塔測風儀采集的數據一般通過無線通訊（GSM,GPRS/CDMA）、衛星、短波等方式進行數據傳輸。在沒用無線通訊信號的地方則采取現場取數據的方法。采用無線通訊方式進行數據傳輸時一般可以設置多個接收數據的郵箱。即，數據可以同時發送到多個郵箱。建議各公司測風數據管理人員設施多個專用郵箱用來采集數據。定期利用批量下載軟件收集測風數據并以正本保存。測風數據收集周期不宜過長，一般不超過1個月，以便及時發現測風設備故障。對于沒有無線通訊區域的測風塔，應盡量采用空間大的存儲卡。如果條件允許盡量一個月現場取一次數據。國標規定現場測量、收集數據應至少連續進行一年，并保證采集的有效數據完整率達到90%以上。 數據收集、分析、處理的時段最長不宜超過一個月，如果數據缺失超過一個月，數據的完整率就很難保證達到90%以上。

二、 測風數據處理

（一）測風數據檢驗

收集的測量數據應作為原始資料正本保存，用復制件進行數據分析和整理。對收集的數據進行初步判斷，判斷數據是否在合理的范圍內；判斷不同高度的測量記錄相關性是否合理；判斷測量參數連續變化趨勢是否合理，發現數據缺漏和失真時，應立即認真檢查測風設備，及時進行設備檢修或更換，并應對缺漏和失真數據說明原因。

風電場測風數據檢驗的內容包括完整性檢驗和合理性驗證。測風數據完整性驗證的內容是統計風速、風向的缺失次數和測風數據的完整率。根據GB/T18710-2002 標準規定，合理性檢驗內容主要有：合理性檢驗范圍，風速0 m/s-40m/s ,風向0°-360°，認為是合理的。相關性檢驗的合理范圍如表2，趨勢性的合理范圍規定1小時平均風速差的合理范圍應小于6m/s,1小時平均氣溫差的合理范圍應小于5°，3小時平均氣壓差的合理范圍應小于1kPa。

（二） 測風數據整理分析

經過對所測數據進行觀察和分析后發現，由于測風塔儀器故障、數據傳輸時網絡故障等原因，致使某天或是某月份數據存在遺漏和錯誤的現象，如果故障數據完整率不能達到國標90%以上的要求，必須對遺漏和錯誤的數據進行修補和訂正。修補的原則按不同風速求相關性的方法進行數據修正。一般來說，同一座測風塔一層風速、風向缺失損壞時有同塔相鄰層數據進行修補；如果同塔多層數據均缺失，采用場區內相鄰幾個測風塔相關性最好的同層數據進行修補；對于場區內沒有其他測風數據，附近又沒有相關性較好的測風塔，可采用氣象數據進行修補。但是氣象數據一般都設立在城鎮附近，塔高只有10m，相關性一般不好。如果條件允許可以購買長期中尺度數據，效果會更好一些。

每月對測風數據進行整理分析，及時發現測風儀器的故障，及時進行維護，在進行測風數據處理分析時借助一些軟件或是自己編制一些小程序會更直觀。對于新疆大部分區域、河西走廊地區或是山谷地形風速分布要注意是否呈現威布爾雙峰分布。還有當風切變為負時，要正確判斷是真實的負切邊還是測風儀器故障，以免造成不必要的損失。

表1 相關性檢驗的合理范圍

測風儀使用壽命與移塔

目前的風電場安裝的測風塔都是機械式的測風儀，測風塔長期工作在風速較大、潮濕、低溫等惡劣環境下，測風儀極易磨損。風速儀和風速向儀工作幾年后獲得的測風數據的準確性就會降低。所以要定期對測風儀進行校驗和更換。目前很多風電場的測風塔都在超期服役，這樣測風塔運行2年后獲得的數據就會有很大的誤差，并且經常出故障，這樣就失去了持續測風的意義。

現在為了節約成本，有些區域測風滿一年后，發現風能資源條件不適合建立風電場，就把塔轉移到其他地區進行測風。在移塔過程中，要對測風儀進行校準，塔架要重新加固。重新安裝時要嚴格按照新立測風塔的安裝說明進行安裝。這樣才能保證測風數據的準確性。

結語

早期建設的一些風電場由于對前期測風數據重視程度不夠，造成了前期決策階段的風能資源估算結果與風電場建成以后實際發電情況差距大、由于機組選型與實際風況不匹配而導致發電量較低或機組故障頻發等一系列問題。隨著風電場運行年限增加和后評估工作的開展這些問題才突顯出來，引起了風電企業的重視。風電企業只有不斷增強對風電場測風數據管理、測風設備安裝與維護的管理水平，才能使風電項目開發獲取完整、準確的測風數據，為進行準確的風能資源評估和合理的微觀選址提供了優質的基礎數據，避免風電場投資和運營風險，提高風電場運營效益。

（工作單位：大唐新能源試驗研究院）