东北电网风电场功率预测系统测风塔选址方案

西北电网（风电出力预测系统）测风塔选址方案一. 方案概述1测风塔的作用科学合理地选址测风塔，建设气象数据采集遥测站，对于风电场出力预测系统的技术实现和预测精度的提高具有重要意义。选址正确测风塔能够为预测系统提供风电场所处微气象区域的的实时气象要素数据，是实现超短期功率预测的前提条件。测风塔作为数值天气预报的一个常规预报点，它的实测数据在对数值天气预报结果进行评估中取到非常关键的作用，为数值天气预报模式修订和调参提供重要依据，实现数值预报模式的优化，提升风力预报的准确度，减少功率预测系统的中间误差，从而整体提高风电功率预测精度。2测风塔的现状我国的可利用风能丰富，近年来风电场的建设规模迅速扩张。各风电场在建站前期都建有数量不等的测风塔，以对区域风能资源进行评估，测风塔位置以区域中心或风能较好位置居多，建站后测风塔已为风机所包围。此时测风塔所处位置的风力受到周边风机尾流、湍流等严重影响，已不能真实代表风电场正向风的特征，不能满足风电功率预测的需要。鉴于风电场的现状，建设风电功率预测系统需对已有测风塔进行评估，对于不具备条件的测风塔需进行改造或重建。适用于风电出力预测系统的测风塔选址要充分考虑场区的地形地貌、风机覆盖面积、当地主盛行风等气候特征，涉及诸多因素。根据多年的风电功率预测系统的研发和建设经验，提出预测系统测风塔的选址方案。本方案分析了影响测风塔选址的因素，针对西北地区地形地貌的特殊条件，对可能存在的几种地理环境下的测风塔选址进行了细致分析，为多测风塔选址提供详实准确的技术指导方案。二. 方案编写依据和参考标准本方案的编写参考了以下标准，并符合相关法律规定：中华人民共和国可再生能源法中华人民共和国国家标准风电场风能资源测量方法 GB /T187092002风电场风能资源评估方法 GB/T18710中华人民共和国气象行业标准地面气象观测规范 QX/T45-2007，QX/T51-2007风电场气象观测及资料审核、订正技术规范 QX/T74-2007 风电场场址选择技术规定 发改能源20031403号风电场风能资源测量和评估技术规定发改能源20031403号风电场工程建设用地和环境保护管理暂行办法发改能源20051511号全国风能资源评价技术规定 发改能源2004865号三. 影响风况的因素1 风电场地形特征风电场建设区域的地形一般分为平坦地形和复杂地形。平坦地形指地势高度起伏不大的区域，通常在4-6km半径范围内，特别是盛行风上风方向地形相对高差小于50m，坡度小于3。平坦地形包括高原台地和平原等。复杂地形可分为隆升地形和低凹地形，包括山地、丘陵等。复杂地形流场复杂，需要特别注意测风塔的选址问题。划分1) 平坦地形上的气流运动平坦地形情况下，在场址范围内同一高度层上风速分布较为均匀，风廓线与地面粗糙度最为相关。地面粗糙度一致的平坦地形，近地层风速随高度的增加而增大；地面粗糙度发生变化时风廓线的形状分为上下两部分，分别对应上、下游地表的风廓线形状，在中间衔接带上风速发生剧烈变化。2) 隆升地形上的气流运动（1） 盛行风向与山脊脊线成正交时，气流加速最大，倾斜时加速作用减弱；在脊峰处气流速度达到最大。脊线平行于盛行风向时，加速效果最差。但仍大于来流速度。（2） 盛行风向吹向山脊的凹面时，会产生狭管作用使气流增速。若反之凸面朝盛行风向时，。会使气流绕山脊偏转，减少加速作用。（3） 当气流经过剖面为三角形或圆形的山脊时，三角形的山脊顶部产生的加速度最大，其次是圆弧形的山脊以及次之。钝形的山脊最差。（4） 气流在山脊的两肩部或迎风坡半山腰以上，。加速作用明显，在山脊的顶部处气流加速最大。气流在山脊的根部处，风速显著地减少，低于山前来流的风速。（5） 气流在顶部平坦的山脊上往往存在着危险的风切变区，山脊的背风侧常会形成紊流区。（6） 气流吹向孤立山丘时，在迎风坡上气流显著加速。风速在山顶上达到最大，在山丘的背风面降低。，风速降低。3) 低凹地形的气流运动（1） 山谷轴线与盛行风向一致时，盛行风畅通无阻，对谷内气流有显著的加速效应，气流不断加速。（2） 山谷轴线与盛行风向垂直时，气流受到地形的阻碍，风速减弱，可能会出现强的风切变或湍流。注：盛行风向是指山谷出入口外上风向的主导风向，非谷内气流方向。方向。风电场建设区域的地形一般分为平坦地形和复杂地形。平坦地形指地势高度起伏不大的区域，通常在4-6km半径范围内，特别是盛行风上风方向地形相对高差小于50m，坡度小于3。平坦地形包括高原台地和平原等。复杂地形可分为隆升地形和低凹地形，包括山地、丘陵等。复杂地形流场复杂，需要特别注意测风塔的选址问题。2 地表粗糙度影响地球表面摩擦阻力的影响涉及高度1000M左右的范围，称之为大气边界层。大气边界层分为两个区域：地表面至100M的区域称为下部摩擦层，其上方称为上部摩擦层，见图3-1。下部摩擦层受地球表面摩擦阻力影响很大，可以忽略地球自转产生的科里奥利力。图3-1受地表面植被、建筑物等的影响，越靠近地表面，风变得越弱。植被、建筑物等的粗糙程度称为地表粗糙度，地表粗糙度越大，风就越弱。风机的安装高度位于下部摩擦层，下部摩擦层内风速随高度的变化，可以通过经验规律用指数率分布来表达： 式中V2、V1分别为Z2、Z1高度处的平均风速。a为风速廓线指数，随地表粗糙度而变化。平原、河谷、丘陵、山区等地形的a值差异较大，一般取值在1/2-1/8区间。地面情况参数a光滑地面，硬地面，海洋0.10草地0.14城市平地，有较高草地，树木极少0.16高的农作物、篱笆，树木少0.20表3-13 障碍物影响气流经过流过障碍物时，由于障碍物的干扰效应，会在障碍物周围形成湍流区域，造成风速降低。湍流区域在上风向一侧长度是障碍物高度的2-5倍，在下风向一侧是障碍物高度的10-15倍。如果是宽大的障碍物位于顺风方向（宽度超过高度的4倍） ，气流不是沿着水平方向流动，而是大部分从障碍物的上部流过，导致下风向的湍流区域变长；如果是狭窄的障碍物，风沿着水平方向扩展，下风向的湍流区域变短。图3-2平坦地形上的气流运动平坦地形情况下，在场址范围内同一高度层上风速分布较为均匀，风廓线与地面粗糙度最为相关。隆升地形上的气流运动4) 盛行风向与山脊脊线成正交时，气流加速最大，倾斜时加速作用减弱；在脊峰处气流速度达到最大。脊线平行于盛行风向时，加速效果最差。但仍大于来流速度。5) 盛行风向吹向山脊的凹面时，会产生狭管作用使气流增速。反之凸面朝盛行风向。会使气流绕山脊偏转，减少加速作用。6) 当气流经过剖面为三角形或圆形的山脊时，三角形的山脊顶部产生的加速度最大，圆弧形的山脊次之。钝形的山脊最差。7) 气流在山脊的两肩部或迎风坡半山腰以上。加速作用明显，在山脊的顶部处气流加速最大。气流在山脊的根部处，风速显著地减少，低于山前来流的风速。8) 气流在顶部平坦的山脊上往往存在着危险的风切变区，山脊的背风侧常会形成紊流区。9) 气流吹向孤立山丘时，在迎风坡上气流显著加速。在山顶达到最大，在山丘的背风面，风速降低。低凹地形的气流运动（3） 山谷轴线与盛行风向一致时，盛行风畅通无阻，对谷内气流有显著的加速效应，气流不断加速。（4） 山谷轴线与盛行风向垂直时，气流受到地形的阻碍，风速减弱，可能会出现强的风切变或湍流。注：盛行风向是指山谷出入口外上风向的主导风向，非谷内气流方向。四. 测风塔的选址分析1.风电场地形分析对于需建测风塔的风电场区域，首先获取风电场区域地形图（1:50000），根据风电场区域给定的各个拐点坐标，确定风电场在地形图上的具体位置，根据等高线的多少、疏密、和弯曲形状以及标注的高程等对风电场的地形地貌进行分析，确定风电场区域内的高差和坡度。找出影响风力变化的地形特征，如高山、丘陵、风电场本身以及其它障碍物。1 测风塔选址基本原则及安装要求1) 风电场测风塔位置应应选择在主迎风方向上风向距风电场2-3km处最能代表风电场所在区域总体风能资源的位置上。2) 根据当地提供的风向玫瑰图，确定该地风向是否稳定并找出盛行风向。对于具有多个盛行风向的地区，应根据地形地貌条件适当增加测风塔的数量。3) 测风塔安装数量需要考虑风电场占地面积和装机容量，以及所在地形环境和气象条件。原则上每10km2范围需建设一座测风塔，测风塔位置兼顾附近其他场址。4) 测风塔位置应远离高大建筑、树木等和障碍物，如果测风塔必须位于障碍物附近，则在盛行风向的下风向与障碍物的水平距离不应小于该障碍物高度的10倍处安装。5) 测风塔应选在下垫面情况与风电场一致的区域。6) 在保证代表性的条件下，测风塔位置的选择需可以适当考虑人员比较容易到达、无线传输信号较好等环境条件，以使观测活动具备较好的可操作性。以便建塔及系统维护。7) 测风塔选址应避开不适宜建设风电场的区域，如基本农田、经济林地、自然保护区、风景名胜区、矿产压覆区、墓地、居民点、军事禁区、规划建设区等，并注意环境保护与水土保持等要求。8) 根据当地的水文地质资料，测风塔选址应避开土质较松、地下水位较高的地段，防止在施工中发生塌方、出水等安全事故。1) 根据当地提供的风向玫瑰图，确定该地风向是否稳定并找出盛行风向。对于风向稳定的地区，风向对测风塔的微观选址没有太大影响，主要取决于地形地貌和当地盛行方向。对于没有固定盛行方向的地区，应根据地形地貌条件适当增加测风塔的数量。9) 测风塔安装数量根据不同地形特征应当满足风资源评价的要求，视具体地形环境与气象条件而定。2.不同各种地形下测风塔的选址1) 平坦地形对于具有均匀粗糙度的平坦地形，测风塔应安装在风电场盛行风的上风向约1-2km(风机叶轮直径的10-20倍)为宜。对有障碍物时，测风塔安装时应避开障碍物的外侧和尾流区，防止湍流使得测风数据偏小，失去真实性。1）高原高原台地和平原高原台地指海拔高度较高（1000m以上）的高原地区内面积范围较大的平坦区域。在我国主要分布在西北、内蒙古等高原地区，是风能资源丰富、具有大规模开发潜力的地区。高原台地可分为地势平坦的荒漠草原或戈壁，以及较大面积局部隆起的台地。荒漠草原或戈壁地区，测风塔的选择另需考虑冷空气南下的路径影响。对于局部隆起的台地（高出周围50-100m左右的区域），测风塔的位置距台地边缘应大于2km。高原台地大致可分为大片的地势平坦荒漠草原（或戈壁）和较大面积局地隆起的台地。在荒漠草原（或戈壁）区，测风塔位置应选在冷空气南下的路径上。设置单座测风塔的区域，测风塔位置应处在区域中心部位偏主导风向一侧。对于局部隆起的台地（高出周围50-100M左右的区域），应首先从地形图上找出台地的范围，测风塔位置应设置在区域中心偏主导风向侧，距台地边缘应保持1-2Km的距离。2) 浅山丘陵浅山丘陵属于复杂地形，指在较大范围内相对高差不大（一般50-100m左右）的区域。浅山丘陵主要包括呈片状分布的丘陵和从平原向山地的过渡带。测风塔选址应避开对气流有压缩效应的地方，且盛行风方向上风向没有明显丘陵阻挡。测风塔尽量选择在面积相对比较大、与盛行风向近似垂直、与周围相对高差较小的丘陵上，方便拉线和安装。在孤立的丘陵地区，测风塔尽量选择在比较连贯且面积相对较大的丘陵上；若处于大面积丘陵地带中，测风塔位置尽量选择相对较长较宽的丘陵上。测风塔位置应尽量选择在与当地盛行风向近似垂直的丘陵上。如选不出与当地盛行风向近似垂直的丘陵，测风塔应设置在丘陵中央、周围开阔、盛行风方向不受阻挡的位置。测风塔位置应避开对气流有压缩效应的地方，尽量不要选择丘陵顶部面积相对较小且与周围相对高差较大、拉线坑不易设置的地方。测风塔位置的海拔高度应比未来风电场平均海拔高度略高，且在盛行风方向没有明显丘陵阻挡。3) 山地山地属典型的复杂地形，相对高度在100m以上，一般山体较大，山脊较长且连绵起伏。山地地形区域中测风塔位置的选择，除了参考浅山丘陵地貌情况下测风塔选址的要求外，还要注意测风塔位置应选在范围较大并适合安装风电机组的山体上还要考虑；高度应比未来可能风电场的平均高度略高；山脊应与盛行风向近似垂直,同时；盛行风上游不应有较大山体。4) 峡山谷地形山谷地形属于复杂地形，当盛行风向与山谷走向一致时，盛行风畅通无阻，对谷内气流有显著的加速效应，气流不断加速，风电场多建与于该峡谷中；当盛行风向与山谷走向垂直时，气流受到地形的阻碍，风速减弱，可能会出现强的风切变或湍流，这种条件下一般不建有风电场。对于山谷地形内的风电场风电出力预测系统测风塔选址，应将测风塔建于谷内风电场的谷内气流走向上风向约21-3km（风机叶轮直径的10-20倍）处。山地地形区域中测风塔位置的选择，除了参考浅山丘陵地貌情况下测风塔选址的要求外，还要注意测风塔位置应选在范围较大并适合安装风电机组的山体上；高度应比未来可能风电场的平均高度略高；山脊应与盛行风向近似垂直；盛行风上游不应有较大山体。五. 现场踏勘选址选址1 准备工作1) 组建工作组在踏勘选址工作之前，需要确定选址踏勘工作人员，包括：观测、气象方面的技术人员，风电场相关负责人员等。2) 收集准备踏勘资料包括风电场所在地区的大比例地形图，地理遥感图，交通图，风电场建设规划设计图，以及邻近气象站和已有测风塔的历史气象数据（测风塔的位置）。设备3) 配置和设备资料需要准备风电场规划地区1:20万地形图，1:50000的大比例尺地形图，GPS，指南针，手持测风仪，相机、交通图、有关规划图纸等。包括手持GPS，指南针，手持测风仪，照相机，越野车，必要的野外防护装备。2 初选测风塔位置在1：20万地形图上，根据风电场区域详查区域地理位置、邻近附近气象站年平均风速和盛行风向、风能资源概况以及原有已有测风塔测风历史数据，初步选定测风塔大体位置。在1：5万地形图上，根据地形状况，确定多个备选测风塔位置，即备选位置数量多于正式测风塔数量。3 制定踏勘方案踏勘前应做出踏勘方案，包括踏勘计划、路线、时间、地点、准备参加的单位和人员，制定必要的应急预案。4 记录踏勘信息进行野外踏勘选址的同时，应查勘并记录踏勘区域的地形特点、地质特点、植被特征；确认并记录踏勘区域的风能资源背景情况和盛行风向；测量并记录踏勘区域的遮挡情况和无线通讯信号情况；了解并记录踏勘区域的雷电活动和冬季塔架结冰情况；确认并记录踏勘区域的土地可用性。最后将记录信息整理至测风塔选址信息表中。记录踏勘地区地形状况、植被状况记录踏勘地区风能资源背景和盛行风向记录踏勘区域的遮挡情况和无线通信信号情况记录踏勘区域雷电和冬季塔架结冰情况记录踏勘区域的土地可用性施工难度估计（道路情况估计）记录初定测风塔位置，并标编号、注经纬度、海拔