中尺度數(shù)據(jù)在不同地形條件風(fēng)電場下的研究

0 引言

在風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計工作中，風(fēng)電機組的風(fēng)能資源評估是非常重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系著風(fēng)電場的發(fā)電量和投資收益。隨著我國風(fēng)力發(fā)電的上網(wǎng)電價逐年下調(diào)，風(fēng)電場的盈虧幾乎觸及平衡點，對風(fēng)資源評估方法的精確性提出了更為苛刻的要求

。風(fēng)電場的輸出功率是評價風(fēng)電場優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，風(fēng)能與風(fēng)速呈立方關(guān)系，風(fēng)速的大小直接關(guān)系到可利用的能量。風(fēng)速和風(fēng)向的實時變化是風(fēng)資源最顯著的特征，主要原因是風(fēng)況受氣候地理環(huán)境和時間因素影響很大，并且此變化在時間、空間上會持續(xù)在一個很廣的區(qū)域內(nèi)，因此，根據(jù)風(fēng)資源評估結(jié)果進行的風(fēng)電場宏觀和微觀選址也是風(fēng)電場建設(shè)的重中之重，對于風(fēng)電場的發(fā)電量和壽命有很大的影響。

在治療期間，觀察組共有7例（12.50%）患者出現(xiàn)過不良反應(yīng)，其中3例（5.36%）患者出現(xiàn)惡心，1例（1.79%）患者出現(xiàn)消化不良，1例（1.79%）患者出現(xiàn)腹痛，2例（3.57%）患者出現(xiàn)腹瀉；對照組共有5例（8.93%）患者出現(xiàn)過不良反應(yīng)，其中2例（3.57%）患者出現(xiàn)惡心，1例（1.79%）患者出現(xiàn)消化不良，1例（1.79%）患者出現(xiàn)腹痛，1例（1.79%）患者出現(xiàn)腹瀉。患者在出現(xiàn)不良反應(yīng)后，經(jīng)過稍微休息、消化道內(nèi)科治療后癥狀消失。所有患者治療結(jié)束時查血常規(guī)和肝腎功能均正常，見表5。

目前，在風(fēng)能資源評估工作中，針對不同類型地形的風(fēng)場設(shè)計中，中尺度數(shù)據(jù)僅作為氣象站數(shù)據(jù)的代替，用于判斷測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)是大風(fēng)年、平風(fēng)年或小風(fēng)年，卻忽視了不同類型地形下中尺度數(shù)據(jù)自身的準(zhǔn)確性。本文分別選擇了山地、平地、海上風(fēng)電場，且這些風(fēng)電場都有較長的實際測風(fēng)數(shù)據(jù)，周邊地形地貌與中尺度數(shù)據(jù)所在地點相似。通過不同地形的風(fēng)電場實測數(shù)據(jù)與中尺度數(shù)據(jù)對比，分析不同地形中尺度數(shù)據(jù)的適用性。

1 中尺度數(shù)據(jù)評估風(fēng)資源方法

風(fēng)能資源評估結(jié)果的準(zhǔn)確性是風(fēng)電場工程投資的關(guān)鍵。目前，風(fēng)電場風(fēng)能資源評估的數(shù)據(jù)依據(jù)主要來自測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)和氣象站的氣象數(shù)據(jù)。《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法(GB/T18710-2002)》明確說明在分析風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)時可根據(jù)附近長期氣象站的觀測數(shù)據(jù)對測風(fēng)數(shù)據(jù)進行插補訂正。但由于風(fēng)電場內(nèi)不僅單個測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)缺測或者不合理，且多臺測風(fēng)塔還存在同期數(shù)據(jù)缺測或者不合理等情況，距離場區(qū)最近的氣象站所提供的氣象數(shù)據(jù)與測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)往往相關(guān)性較差，不宜進行插補訂正。為了提供最佳的風(fēng)能資源評估，同時又節(jié)省時間，降低成本，采用中尺度數(shù)值模擬對風(fēng)電場工程區(qū)域內(nèi)風(fēng)電場進行評估，在技術(shù)和經(jīng)濟上是可行的。

中尺度天氣是指水平尺度幾公里至幾百公里，時間尺度幾小時至幾十小時的天氣現(xiàn)象。根據(jù)中尺度天氣系統(tǒng)的特征尺度得知中尺度天氣運動劇烈，破壞性大。雷暴、寒潮、沙塵暴、臺風(fēng)等極端氣候都屬于中尺度天氣系統(tǒng)的范疇，中尺度天氣在風(fēng)資源測量評估的過程中的重要意義可見一斑。而現(xiàn)實中在缺失長期測站信息的時候，就需要中尺度模擬的風(fēng)資源再分析數(shù)據(jù)來作參考，早期短期氣候預(yù)測主要采用統(tǒng)計和氣候方法，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用數(shù)值模式進行短期氣候預(yù)測已成為主要手段。

本文選擇了不同地形條件下的三個項目，項目及測量點的基本信息見表2。三個項目的地貌見圖1至圖3。

1）在長期測站的觀測數(shù)據(jù)缺失且再分析數(shù)據(jù)的盛行風(fēng)向與風(fēng)場實測數(shù)據(jù)風(fēng)向一致，風(fēng)速相關(guān)性較好時，可暫用再分析數(shù)據(jù)進行參考計算。

目前最新的中尺度模式產(chǎn)品中，廣泛使用的有如下三種資料：美國國家環(huán)境預(yù)測中心氣候預(yù)報系統(tǒng)再分析資料；歐洲中期數(shù)值預(yù)報中心再分析資料—ERA Interim

；美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)現(xiàn)代回顧性分析研究和應(yīng)用再分析資料—MERRA。本報告選取容易獲取數(shù)據(jù)資料的ERA Interim和MERRA進行對比研究，這兩種數(shù)據(jù)的基本信息見表1。

成年人判斷生活細節(jié)事件是對是錯，遠比孩子要寬松，因為我們會首先判斷是有效還是無效。教育也要追求“有效性”，而不是片面追求“大道理”。所謂“大道理”，孩子往往達不到，因為在現(xiàn)實生活里有很多不可控的因素。

2 長期數(shù)據(jù)選擇和研究方法

2.1 長期數(shù)據(jù)選擇

2）在長期測站的觀測數(shù)據(jù)與風(fēng)場實測數(shù)據(jù)相關(guān)性較差且再分析數(shù)據(jù)與風(fēng)場實測數(shù)據(jù)的盛行風(fēng)向基本一致、風(fēng)速相關(guān)性較好，可適當(dāng)選用再分析數(shù)據(jù)來進行輔助參考并與通過長期測站的觀測數(shù)據(jù)計算的結(jié)果進行綜合分析。其中在進行相關(guān)性分析時，分為風(fēng)向和風(fēng)速兩個方面綜合評定相關(guān)性的好壞，即盛行風(fēng)向基本趨于一致，風(fēng)速通過采用16扇區(qū)、8扇區(qū)和全年數(shù)據(jù)整體相關(guān)等多種相關(guān)方法得出風(fēng)速相關(guān)性。通常在滿足上述條件時可以運用中尺度再分析數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

圖4至圖12分別給出了近海、平地和山地風(fēng)電場近地層100 m高度中尺度數(shù)據(jù)與觀測值的風(fēng)速對比結(jié)果，其中MERRA中尺度數(shù)據(jù)為50 m高度。

（1）施工準(zhǔn)備：熟悉圖紙及施工方案，在進行軟墊層施工前一定要對基底清理干凈，保持基底平整。同時要根據(jù)現(xiàn)場實際情況事先確定好軟墊層的鋪設(shè)順序及墊層混凝土的澆筑路線，并完成必需的臨時排水設(shè)施。

1.過渡：爸爸媽媽之間的愛都表現(xiàn)在生活中一些極其平凡簡單的小事上。下面我們來重點讀一讀吃餃子這件事。看看在家里他們是怎樣互相關(guān)愛的？

步驟二：垂直外推法，根據(jù)每個地點的觀測數(shù)據(jù)求算逐月的風(fēng)切變指數(shù)，然后根據(jù)指數(shù)規(guī)律將長期數(shù)據(jù)垂直外推到輪轂高度。

所以，他重新六足踏地，身體下壓，以便讓節(jié)足積聚足夠的力量。一顆顆骷髏頭撞擊在他的身體上，與他的硬甲磕碰，發(fā)出“當(dāng)當(dāng)”的響聲，他感到自己的身體快要被這種撞擊震碎，但他咬緊牙關(guān)，絲毫不為所動。

1)無論在近海、平地還是山地，中尺度數(shù)據(jù)風(fēng)速模擬值均值較好地體現(xiàn)風(fēng)速的周期月變化，且變化趨勢與實測數(shù)據(jù)較為一致，較好地模擬出所有地點的大風(fēng)月和小風(fēng)月。

3 不同地形風(fēng)電場下的數(shù)據(jù)對比

3.1 風(fēng)電場項目地點選擇

在以下兩種情況下可以運用中尺度模擬風(fēng)資源再分析數(shù)據(jù)：

為驗證模擬結(jié)果，針對三個不同地形的風(fēng)電場，采用距離加權(quán)反比法將測風(fēng)塔周圍四個格點上的模擬值插值到測風(fēng)塔上，然后再將其與觀測值進行比較

。

3.2 風(fēng)速對比分析

由于中尺度數(shù)據(jù)往往離項目所在地有一定的距離，所以不能將中尺度數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于項目分析，本文提出以下兩個步驟。

步驟一：空間插補法，利用反距離加權(quán)平均的方法將長期數(shù)據(jù)插值到所選地點，離項目地越近的中尺度數(shù)據(jù)賦予的權(quán)重越大。

3.3 風(fēng)向?qū)Ρ确治?/h3>

進行風(fēng)速分析后，確定了測風(fēng)塔與中尺度數(shù)據(jù)風(fēng)速之間的差異與規(guī)律，為了進一步了解中尺度數(shù)據(jù)風(fēng)向模擬效果，將風(fēng)向區(qū)域分為16等分，每個扇形區(qū)域為22.5°，圖13至圖15分別給出了近海、平地和山地風(fēng)電場近地層100 m高度中尺度數(shù)據(jù)與觀測值的風(fēng)向?qū)Ρ冉Y(jié)果。

將人類與自然、當(dāng)下與未來都包含在自身之內(nèi)的“天下”觀是傳統(tǒng)儒家天下思想的現(xiàn)代形態(tài)，這種新的天下觀將賦予了人類新的情懷和使命，要求我們超越狹隘的自我，超越當(dāng)下，以一種悲憫的憂患意識和智慧的理性自覺構(gòu)筑起防范技術(shù)風(fēng)險的“圍墻”，以“所有存在的善好與共生”為目的，承擔(dān)起人類因自己的行為而可能產(chǎn)生的道德責(zé)任。

4 結(jié)果分析

本文分別對近海、平地及山地風(fēng)電場風(fēng)速風(fēng)向進行實測數(shù)據(jù)和中尺度數(shù)據(jù)的對比研究，并對結(jié)果進行了探討，主要分析如下：

中尺度數(shù)據(jù)對于復(fù)雜地形、平坦地形和海上近地層風(fēng)速模擬情況，還需要準(zhǔn)確的量化評估。為進一步分析風(fēng)速模擬的準(zhǔn)確性，選取了近海、陸上平地和山地三個不同的風(fēng)電場類型對其近地層的風(fēng)速進行模擬，并對模擬準(zhǔn)確度進行初步研究，以期望能給風(fēng)電場風(fēng)功率預(yù)測提供幫助。

2002年《水法》中將水功能區(qū)管理制度作為水資源管理的基本制度，其中第三十二條規(guī)定：“由流域管理機構(gòu)會同江河、湖泊所在地的省級人民政府水行政主管部門、環(huán)境保護行政主管部門和其他有關(guān)部門，擬定跨省的江河、湖泊的水功能區(qū)劃，核定該水域的納污能力，向環(huán)境保護行政主管部門提出該水域的限制排污總量意見。”

2)對周期為24 h的情況下，中尺度數(shù)據(jù)模擬出來的結(jié)果誤差較大，近海、平地及山地條件下模擬與觀測的誤差特征各不相同。由圖5可以看出，近海測風(fēng)塔與中尺度數(shù)據(jù)的誤差為-0.2～0.13 m/s，一天中誤差最大的時間點為8∶00-13∶00；由圖8可見，平地測風(fēng)塔與中尺度數(shù)據(jù)的誤差為-0.86～1.24 m/s，一天中誤差最大的時間點為17∶00-次日4∶00；由圖11可以看出，山地測風(fēng)塔與中尺度數(shù)據(jù)的誤差為3.16～4.42 m/s，一天中誤差最大的時間點為11∶00-20∶00。由此可以看出，近海中尺度模擬結(jié)果誤差最小，可能與近海下墊面較為平坦、粗糙度較小有關(guān)。

3）由圖6、圖9和圖12可以看出，近海和平地模擬風(fēng)速分布概率高值區(qū)測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)與中尺度數(shù)據(jù)較為一致，而山地模擬風(fēng)速分布概率高值中尺度數(shù)據(jù)較實測數(shù)據(jù)有左移的現(xiàn)象，即山地風(fēng)速中尺度數(shù)據(jù)在高風(fēng)速區(qū)的分布概率較低，尤其是ERA數(shù)據(jù)，出現(xiàn)此類結(jié)果主要是因為中尺度數(shù)據(jù)月平均風(fēng)速較實測數(shù)據(jù)偏低。

4）分析不同風(fēng)電場的風(fēng)向情況，近海和平地風(fēng)電場由于下墊面相對均一，誤差明顯較小，而山地風(fēng)電場由于地形地貌相對比較復(fù)雜，誤差明顯增加，不同風(fēng)向的誤差分布并不明顯，故用中尺度數(shù)據(jù)做風(fēng)向訂正需要進一步研究。

5 結(jié)語

通過上述分析，得到以下結(jié)論：

1）用中尺度數(shù)據(jù)評估風(fēng)資源適用于下墊面較為均一的近海和平地風(fēng)電場，對于山地風(fēng)電場一般不適用，且中尺度數(shù)據(jù)的選擇需要結(jié)合地理位置、地形條件和地表植被特征，針對特定場區(qū)需要采用實測數(shù)據(jù)檢驗長期數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2）中尺度數(shù)據(jù)可以有效反映當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)流參數(shù)，可以作為長期訂正的數(shù)據(jù)源用于風(fēng)資源評估工作中，但不能直接作為判斷當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源水平的依據(jù)（風(fēng)速平均誤差較大）。在沒有實測數(shù)據(jù)的條件下，尤其是在復(fù)雜地形上，需要結(jié)合更高精度的中尺度模式計算、基于CFD模型的降尺度計算才能更有效地評價風(fēng)能資源，從而提高風(fēng)資源評估的準(zhǔn)確性。

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