风电场可行性研究报告-2风能资源.doc

2 风能资源 批 准： 宋 臻核 定： 董德兰审 查： 刘 玮校 核： 吉超盈编 写： 刘登峰 吉超盈 甘肃瓜州北大桥第三风电场200MW工程可行性研究报告2 风能资源2.1区域风能资源概况甘肃省风能资源理论储量为2.37亿kW，风能总储量居全国第五位。根据全省气象站资料统计有效风能储量由西北向东南逐渐减少，风能丰富区为河西走廊西北部酒泉地区，年有效风能储量在800 kW.h/m以上，年平均有效风功率密度在150W/m以上，有效风速时数在6000h以上。酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形，成为东西风的通道，风能资源十分丰富。酒泉地区部分气象站风能资源统计见表2.1。表2.1 酒泉地区部分气象站风能资源情况表气象站测站高程 （m）平均风速 （m/s）风能密度 （W/m2）风能年储量（kw.h/m2）玉 门 镇15263.6162.21080.9马 鬃 山19624.6148.11017.0鼎 新11773.3138.9833.6瓜 州11713.4140.4875.12.2 瓜州气象站2.2.1 气象站概况瓜州县气象站位于瓜州县城北门外，东经9546，北纬4032，海拔高程1171m。瓜州气象站于1951年1月设立，属国家基本气象站。瓜州县属大陆性中温带干旱性气候，根据瓜州气象站19712000年30年气象资料统计，年平均气温8.8，年平均气压884.2hpa，年平均水汽压5.3hpa，年平均降水量53.6mm，沙尘暴日数6.9d，雷暴日数6.6d。瓜州气象站气象要素统计见表2.2。分析瓜州县气象站年平均风速年际变化，2005年后年平均风速突然增大。经调查瓜州县气象站风速观测发现，2003年前风速测量一直采用人工站记录方式，人工记录测风仪为EL型，高度10.6m；于2003年开始人工站和自动站并行记录，自动站EL15-2/2A型，高度为10.6m，人工和自动站互为备份。2005年前平均风速统计均采用人工记录数据，2005年1月开始采用自动记录数据。经对比分析2004年人工和自动同期记录数据，人工比自动记录风速平均小0.5m/s左右。本次将20052007年平均风速减去0.5m/s后和2005年以前平均风速组成一个系列进行分析。表2.2 瓜州气象站气象要素统计表（19712000年）项 目123456789101112全年平均气压(hpa)890.2887.3884.6882.4880.3876.9875.5877.9883.1888.3891.2892.0884.2平均气温 ()-9.5-4.4-3.311.818.422.524.423.017.18.3-0.8-8.18.8极端最高气温()10.620.725.435.035.838.739.640.436.731.323.612.140.4极端最低气温()-29.1-23.6-19.0-10.3-5.3-2.9-15.4-27.2-27.5-29.1平均水汽压 (hpa)12.311.01.95.3相对湿度 (%)52383128293843424040485641降水量 mm)3.73.310.313.31.51.353.6平均风速(m/s)3.0最多风向EEEEEEEEEEEEE频率（）363939323227243132303332322.2.2 多年年平均风速瓜州县气象站自1951年建站以来已有57年的气象观测资料，本阶段选取近30年（19782007年）的气象资料进行统计。瓜州气象站19782007年年平均风速统计值见表2.3，年平均风速变化直方图见图2.1。从图表中可以看出，从70年代到现在，瓜州气象站年平均风速有逐渐减少的趋势，与全国其它气象站近年来的变化基本一致。瓜州气象站近30年平均风速2.62m/s，近20年平均风速2.36m/s，近10年平均风速2.13m/s，自1991年以后基本稳定在一个水平上。表2.3 瓜州气象站19782007年年平均风速统计表年份平均风速(m/s)年份平均风速(m/s)19783.219932.519793.219942.419803.419952.319813.519962.619823.319972.519833.019982.019843.019992.319853.020002.119863.020012.419872.720022.419882.820032.019892.920042.019902.720052.019912.620062.019922.620072.1均值2.6图2.1 瓜州气象站19782007年年平均风速变化直方图2.2.3月平均风速瓜州气象站19782007年各月平均风速统计见表2.4，瓜州气象站19782007年各月平均风速直方图见图2.2。由图表中可以看出，该地区25月风速较大， 710月风速较小。表2.4 瓜州气象站19782007年各月平均风速统计表 风速：m/s月份123456789101112平均风速3.33.02.32.6图2.2 瓜州气象站19782007年各月平均风速直方图0.00.51.01.52.02.53.03.54.0123456789101112月份风速(m/s)2.2.4风向玫瑰图根据瓜州气象站资料，瓜州气象站风向玫瑰图见图2.3。从图2.3可看出，瓜州气象站风向以东风为主。图2.3 瓜州气象站风向玫瑰图2.3风电场测风资料2.3.1测风塔情况为开发该区域风能资源，自1998年开始在该风电场场址附近先后设立了11座测风塔。北大桥风电场各测风塔基本情况见表2.5，各测风塔地理位置图见图2.4。表2.5 北大桥风电场各测风塔基本情况表测风塔塔高（m）测风时段坐标（N，E）高程（m）测风塔配置仪器0392#401998-11-241999-12-94035.59546.71205风速：10、30、40风向：10、40NRG 112#702004-11-12007-11-14035.79546.61213风速：10、25、50、60、70风向：10、70NRG 3597#702007-5-262008-6-144035.29550.71266风速：10、40、70风向：10、70NOMAD 1304#702006-12-272008-7-14040.39532.11203风速：10、30、50、70风向：10、70NRG 4404#702008-1-272008-6-144036.99556.51203风速：10、30、50、70风向：10、70NOMAD 4738#702008-1-272008-6-174041.39614.11397风速：10、30、50、70风向：10、70NOMAD 4744#702008-1-272008-6-244042.99542.31302风速：10、30、50、70风向：10、70NOMAD 4893#702008-1-272008-6-134043.09547.51328风速：10、30、50、70风向：10、70NOMAD 5963#702008-5-72008-6-264042.69617.51429风速：10、30、50、70风向：10、70NRG 6322#702008-5-202008-6-264039.59546.01249风速：10、30、50、70风向：10、70NRG 6070#1002008-5-202008-6-264046.39545.11390风速：10、30、50、70、90、100风向：10、70、100NRG 2.3.2测风数据检验与处理为了有效评估本风电场风能资源，本次对原始测风数据进行了验证，对其完整性和合理性进行了判断，检验出不合理的数据和缺测的数据。按照GB/T18710-2002风电场风能资源评价办法，采用北京木联能软件公司编制的风电场测风数据验证和评估软件2.0版本对各测风塔的实测数据分别进行完整性检验、范围检验、相关性检验和风速变化趋势检验，检验项目如下：（1）小时平均风速值范围为0m/s40m/s；（2）风向值范围0360；（3）当切入风速大于5.0m/s时，风速和风向连续6h无变化；（4）小时平均风速变化小于6.0m/s；（5）相隔高度在1m20m条件下平均风速差小于2.0m/s；（6）相隔高度在21m40m条件下平均风速差小于4.0m/s；（7）当切入风速大于5.0m/s时，风速标准差值小于10。检验后列出所有不合理的数据和缺测数据及对应的时间，对不合理数据再次进行判断，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。各测风塔数据检验结果统计见表2.6。表2.6 北大桥风电场各测风塔测风数据检验统计表塔号应有数据缺测数据不合理数据有效数据有效数据完整率112#（2004.112005.10）525604374444814291.59%112#（2006.12006.12）5256001455241599.72%3597#（2007.62008.6）5270408595184598.37%1304#（2007.62008.6）527040655263999.88%4404#（2008）52704325662021993637.83%4738#（2008）52704331744861904436.13%4744#（2008）52704310082742142240.65%4893#（2008）52704328352701959937.19%5963#（2008）5270445591193692013.13%6322#（2008）527044735819532710.11%6070#（2008）527044834810942478.06%检验测风数据发现的问题及处理方法：（1）3597#测风塔在设立时间序列时设置有误，误将2007年设置为2006年，本次对年份进行了修改后，和其他测风塔同期测风数据进行相关分析，相关系数仅为0.2左右，相关性较差。经分析2008年为闰年，2月为29天，将2008年3月1日改为2008年2月29日后，和其他测风塔同期测风数据进行相关分析，相关系数在0.9左右，相关性较好。（2）3597#测风塔10m风向自2008年3月2日15：00时开始数据错误，经调查是由于10m风向标坏损造成，用70m风向数据直接替代10m风向数据。（3） 3597#测风塔70m高度风速在2007年9月26日06：502007年9月26 日 16：00期间突然增大，最大时超过40m高风速5倍以上，检查另外的测风塔同时期测风数据，无此类现象。此段70m高度风速用40m高度风速插补。（4）经检查0112#测风塔缺测2005-06-012005-06-30、2005-11-012006-01-01、2007-05-152007-08-02段测风数据。测风数据检验处理后，北大桥各测风塔不同高度实测月平均统计见表2.7。表2.7 北大桥各测风塔实测不同高度月平均风速统计表 单位：m/s 测风塔高度123456789101112平均0392# (1998.12-1999.11)40m7.39.05.97.640112#(2004.11-2005.10)10m460m7.28.010.0770m00112#(2006.01-2006.12)10m6.05.96.05.8460m7.2170m7.323597#(2007.6-2008.6)10m5.3 5.4 6.5 5.3 6.6 6.1 7.0 6.7 7.0 5.7 5.6 5.6 6.0840m6.5 6.4 7.8 6.4 8.1 7.3 8.1 8.1 8.4 6.7 6.6 6.5 7.2670m7.731304#(2007.6-2008.6)10m5.5 6.0 7.3 6.1 7.6 6.7 8.0 7.5 7.7 6.5 5.9 5.8 6.7230m5.7 6.0 7.7 6.3 7.9 6.9 8.4 7.9 8.1 6.7 6.0 5.9 6.9850m5.8 6.2 8.1 6.5 8.3 7.3 8.7 8.2 8.4 6.9 6.2 6.0 7.2170m5.9 6.3 8.2 6.6 8.4 7.4 8.7 8.4 8.5 7.0 6.3 6.2 7.324404#(2008)10m5.05.15.6930m350m770m24738#(2008)10m730m250m7.67.07.1370m7.08.57.034744#(2008)10m430m150m470m24893#(2008)10m430m450m6.48.06.68.07.77.2170m8.38.07.355963#(2008)10m6.05.55.7630m7.06.46.7250m570m7.77.07.366322#(2008)10m230m050m570m8.07.57.696070#(2008)10m5.86.05.9530m550m170m990m2100m2 2.3.3 测风数据插补延长4738#与1304#测风塔直线距离59.1km，4738#与3597#测风塔直线距离35.5km，其间地势开阔，地形平坦。对4738#与1304#测风塔、4738#与3597#测风塔同期70m高风速分别进行相关性分析。4738#与1304#测风塔70m高风速总体相关系数0.818，主风向相关系数大于0.810；4738#与3597#测风塔70m高风速总体相关系数0.832，主风向相关系数大于0.792。1304#与4738#测风塔70m风速相关分析图见图2.5，3597#与4738#测风塔70m风速相关分析图见图2.6，相关方程及相关系数见表2.8。本次分别用1304#和3597#测风塔70m测风数据相关插补4738#测风塔缺测数据，得到两套4738#测风塔2007-06-122008-06-13一整年的测风数据。相关插补后两套4738#测风塔不同高度月平均统计见表2.9，4738#测风塔和1304#、3597#测风塔同期月平均风速变化曲线见图2.7。表2.8 1304#与4738#、3597#与4738#测风塔70m高度同期风速相关性分析1304#与4738# 象限相关方程相关系数象限相关方程相关系数NY=0.953X0.557SY=0.925X0.760NNEY=0.916X0.769SSWY=0.969X0.909NEY=0.878X0.749SWY=1.106X0.921ENEY=0.916X0.810WSWY=1.017X0.661EY=0.978X0.896WY=1.133X0.864ESEY=0.982X0.920WNWY=1.172X0.854SEY=1.007X0.710NWY=1.045X0.725SSEY=0.911X0.372NNWY=0.963X0.6753597#与4738# 象限相关方程相关系数象限相关方程相关系数NY=1.132X0.747SY=0.905X0.923NNEY=0.982X0.669SSWY=0.900X0.935NEY=0.921X0.760SWY=1.107X0.930ENEY=1.019X0.792WSWY=1.020X0.693EY=0.901X0.918WY=1.118X0.848ESEY=0.982X0.943WNWY=1.200X0.872SEY=0.963X0.773NWY=1.092X0.743SSEY=0.992X0.646NNWY=1.114X0.759表2.9 4738#测风塔插补延长后不同高度月平均风速统计表 单位：m/s 测风塔高度123456789101112平均4738-1304(2008)10m5.6530m6.4850m6.9470m5.77.08.57.06.05.97.204738-3597(2008)10m5.7030m7.37.05.66.5150m8.18.06.57.2270m6.57.08.57.07 图2.7 4738#测风塔和1304#、3597#测风塔同期月平均风速变化曲线2.3.4 测风塔代表性分析北大桥风电场各测风塔不同高度实测月平均统计见表2.7，各测风塔不同高度实测全年各扇区风向和风功率分布统计见表2.10。由表2.7可以看出，各测风塔同期同高度平均风速差别不大，说明该风场风资源分布均匀稳定。由表2.10可以看出，本风场主风向和主风能方向稳定且一致，以东（E）风的风向、风功率最大和频次最高，东风风向占6.4733.27%，风功率占33.1266.89%。风电场区域附近有11个测风塔，其中5963#测风塔在北大桥第三风电场场址内，但只有一个多月测风数据；只有4738#测风塔位于北大桥第三风电场场址附近，有一年以上的测风数据，且有接近预装风机轮毂高度(70m)的测风资料。经对4738#与1304#、03597#、6070#、6322#测风塔同期测风数据分别进行相关分析，相关性较好，主风向相关系数都在0.95以上。说明4738#测风塔对该区域风资源具有代表性。北大桥风电场各测风塔相关分析见表2.11。表2.11 北大桥风电场各测风塔相关性分析测风塔（Y-X）测风塔间距（km）测风高度(m)总体相关系数分象限相关系数（主风向）ENEEESE4744-130415.1700.9160.9190.9590.9764744-359718.4700.8570.7880.9540.9644738-130459.1700.8180.8100.8960.9204738-359735.5700.8320.7920.9180.9434738-474444.8700.8450.8490.9140.9366070-47447.5700.8620.9350.9870.9256322-47448.3700.8530.9620.9680.9246322-359710.1700.7090.8180.8390.9165963-47385.4700.8580.9500.9910.9702-362.3.5 测风数据订正为得到一套反映该风电场长期平均水平的风速代表性数据，需借用瓜州县气象站长期测风资料对4738#测风塔(2007.06.132008.06.13)段测风数据进行订正。由图2.1瓜州气象站近30年平均风速变化直方图可以看出，1991年以后年平均风速基本稳定，1991.072008.06平均风速为2.30 m/s。而与现场4738#测风塔测风时段（2007.072008.06）瓜州县气象站平均风速为2.29m/s，与1991.072008.06（18年）平均风速持平。说明4738#测风塔测风时段（2007.072008.06）对长系列平均风速具有代表性，故本次不对4738#测风塔测风时段（2007.072008.06）实测数据进行订正。2.4风电场风资源计算2.4.1空气密度 根据瓜州气象站近30年平均气温、气压和水汽压计算空气密度，计算公式如下：式中：t为平均气温()；p为平均气压(hpa)；e为平均水汽压(hpa)。 计算得出瓜州气象站空气密度为1.093kg/m3。根据现场1297#测风塔2007年实测年平均气温为11.63，年平均气压为863.16hpa，年平均水汽压4.6hpa，计算出风电场的空气密度为1.054 kg/m3，考虑到现场实测时间较短，该风电场与气象站高程相差不大，距离较近，所以风电场空气密度采用1.093kg/m3。2.4.2 风能计算（1）平均风速及风功率密度4738#测风塔不同高度月平均风速统计见表2.12，61.5m、65m高度风速由70m高度风速数据推算（切变指数取0.11），风向直接采用70m高度风向。4738#-1304#测风塔70m高度年平均风速为7.20m/s，年有效风速（3.0m/s20.0m/s）时数为7664h，平均风能密度为431W/m2。4738#-3597#测风塔70m高度年平均风速为7.57m/s，年有效风速（3.0m/s20.0m/s）时数为7637h，平均风能密度为510W/m2。表2.12 北大桥4738#测风塔年月平均风速、风功率密度统计表 风速：m/s；风功率密度：W/m2 测风塔高度123456789101112平均4738-130461.5m6.66.05.87.0824538761837350232862247150434827426941265m7.07.88.06.76.05.97.1224939462938051133463448051435527927442070m5.77.08.57.06.05.97.202554036453905243536494925273642862814314738-359761.5m7.4436838761837350233564157460844148449748765m7.07.06.87.4837539462938051134165358561944949350649570m6.57.08.57.07386403645390524360669600640462506518510(2)风频曲线及威布尔参数风频曲线采用威布尔分布，概率分布函数用下式表示：式中：V为风速；A、K为威布尔参数。用WASP9.0程序进行威布尔曲线拟合计算，得到4738#-1304#测风塔10m年平均风速为5.55m/s，平均风功率密度为204W/m2，威布尔参数A=6.2， k=1.77；30m年平均风速为6.60m/s，平均风功率密度为305W/m2，威布尔参数A=7.4， k=1.97；50m年平均风速为7.09m/s，平均风功率密度为382W/m2，威布尔参数A=8.0， k=1.95；61.5m年平均风速为7.16m/s，平均风功率密度为421W/m2，威布尔参数A=8.1， k=1.83；65m年平均风速为7.21m/s，平均风功率密度为428W/m2，威布尔参数A=8.1， k=1.84。70m年平均风速为7.27m/s，平均风功率密度为439W/m2，威布尔参数A=8.2， k=1.84。4738#-1304#测风塔70m高度平均风速威布尔分布图见图2.8。由图2.8可以看出，4738#-1304#测风塔70m高度风速分布基本符合威布尔分布。4738#-3597#测风塔10m年平均风速为5.56m/s，平均风功率密度为212W/m2，威布尔参数A=6.4， k=1.82；30m年平均风速为6.68m/s，平均风功率密度为308W/m2，威布尔参数A=7.4， k=1.97；50m年平均风速为7.40m/s，平均风功率密度为440W/m2，威布尔参数A=8.3， k=1.92；61.5m年平均风速为7.56m/s，平均风功率密度为497W/m2，威布尔参数A=8.5， k=1.83；65m年平均风速为7.61m/s，平均风功率密度为506W/m2，威布尔参数A=8.6， k=1.83。70m年平均风速为7.68m/s，平均风功率密度为519W/m2，威布尔参数A=8.6， k=1.83。4738#-3597#测风塔70m高度平均风速威布尔分布图见图2.9。由图2.9可以看出，4738#-3597#测风塔70m高度风速分布基本符合威布尔分布。图2.8 4738#-1304#测风塔70m高度平均风速威布尔分布图图2.9 4738#-3597#测风塔70m高度平均风速威布尔分布图(3)风速、风向特性a)风向及风速特性4738#-1304#测风塔70 m高度年风向和风能玫瑰图分别见图2.10、2.11，4738#-1304#测风塔70m高度全年各扇区风向和风能分布统计见表2.13。4738#-3597#测风塔70 m高度年风向和风能玫瑰图分别见图2.12、2.13， 4738#-3597#测风塔70m高度全年各扇区风向和风能分布统计见表2.14。从表2.13中可以看出，4738#-1304#测风塔70 m高度主风向和主风能方向一致，以东（E）风的风向和风能频率最高，风向频率占全年的18.98%，风能频率占全年的34.42%。而从表2.14中可以看出，4738#-3597#测风塔70m高度主风向和主风能方向接近，以东（E）风的风向频率最高，风向频率占全年的22.70%，风能频率占全年的30.93%；而东东北（ENE）风的风能频率最高，风向频率占全年的18.22%，风能频率占全年的37.00%。表2.13 4738#-1304#测风塔70m高度全年各扇区风向和风能分布统计扇区NNNENEENEEESESESSE风向2.80%2.99%5.04%15.04%18.98%13.19%4.77%2.49%风功率2.03%2.09%4.99%22.23%34.42%13.53%1.72%0.48%扇区SSSWSWWSWWWNWNWNNW风向2.23%2.47%3.68%6.68%6.96%7.05%3.36%3.31%风功率0.72%1.13%2.16%2.91%4.57%4.52%1.48%1.82%表2.14 4738#-3597#测风塔70m高度全年各扇区风向和风能分布统计扇区NNNENEENEEESESESSE风向2.30%1.96%3.16%18.22%22.70%9.58%3.88%1.86%风功率1.43%1.35%2.28%37.00%30.93%7.93%1.18%0.34%扇区SSSWSWWSWWWNWNWNNW风向2.05%2.98%5.37%8.24%6.90%5.91%2.97%2.62%风功率0.57%0.98%3.09%4.32%3.12%3.31%1.16%1.41%4738#-1304#测风塔70m高度风速风能分布直方图见图2.14，从风速分布看，风速主要集中在3.0 m/s11.0m/s，占全年的69.87%,风能只占全年的36.48%；12.0m/s20.0m/s风速段占全年的17.36%，但风能占全年的61.87%；而小于3.0m/s和大于21.0m/s的风速约占全年的12.52%，风能占全年的1.64%。4738#-3597#测风塔70m高度风速风能分布直方图见图2.15，从风速分布看，风速主要集中在3.0 m/s11.0m/s，占全年的66.14%,风能只占全年的29.83%；12.0m/s20.0m/s风速段占全年的20.79%，但风能占全年的67.63%；而小于3.0m/s和大于21.0m/s的风速约占全年的12.83%，风能占全年的2.56%。4738#测风塔70m高度风速、风能频率分布统计见表2.15。表2.15 4738#测风塔70m高度风速、风能频率分布表风速段m/s4738#-1304#4738#-3597#风速段m/s4738#-1304#4738#-3597#风速风能风速风能风速风能风速风能0.50.51%0.00%0.63%0.00%134.30%11.86%4.22%9.93%14.97%0.01%4.55%0.01%142.57%8.90%3.48%10.21%26.91%0.08%7.41%0.07%151.95%8.30%2.94%10.61%310.15%0.36%8.99%0.27%161.42%7.31%2.16%9.44%49.19%0.74%9.21%0.63%170.85%5.30%1.30%6.81%58.48%1.34%7.75%1.04%180.44%3.27%0.80%5.00%68.69%2.37%7.92%1.84%190.31%2.64%0.41%2.98%77.91%3.43%7.50%2.76%200.28%2.86%0.39%3.25%86.82%4.40%6.75%3.68%210.07%0.78%0.17%1.69%96.60%6.12%6.33%4.98%220.05%0.59%0.06%0.64%106.07%7.69%6.02%6.50%230.01%0.18%0.01%0.15%115.96%10.03%5.67%8.13%合计100%100%100%100%125.24%11.43%5.09%9.40% b) 风速的年内变化通常情况下，本地区年内25月风速较大，7月10月风速较小。也就是说，夏秋季风小，冬春季风大。4738#-1304#测风塔70m高度风速、风功率密度年内变化曲线见图2.16，4738#-3597#测风塔70m高度风速、风功率密度年内变化曲线见图2.17。4738#-1304#测风塔70m高度各月风向、风能玫瑰图分别见图2.18、图2.19，4738#-3597#测风塔70m高度各月风向、风能玫瑰图分别见图2.20、图2.21。由图2.182.21可以看出，各月以东风、东东北风为主。 c）风速的日变化4738#-1304#测风塔70m高度风速、风功率密度年日变化曲线见图2.22，4738#-3597#测风塔70m高度风速、风功率密度年日变化曲线见图2.23，4738#-1304#测风塔70m高度风速、风功率密度各月日变化曲线见图2.24，4738#-3597#测风塔70m高度风速、风功率密度各月日变化曲线见图2.25。就总体情况看，一般晚上8、9点钟风速逐渐加大，至凌晨2、3点钟风速最大，早晨风速逐渐减小，至中午12点钟左右风速最小。d) 实测最大风速、极大风速北大桥风电场各测风塔不同高度实测最大风速