风电场测风管理

文 | 胡学敏

风电场测风管理

文 | 胡学敏

对于一个风电项目来说，项目的前期决策是确保项目盈利的先决条件。在项目开工建设前获得完整、准确的测风数据是评价一个拟建风电场优劣的最重要的因素之一。要想提高测风数据的准确性和完整率，就要做好测风塔选址、测风塔维护、测风数据采集和测风数据整理分析过程中的工作，尽量避免由于测风数据误差增加投资风险。另外精准的测风数据也是后评估阶段要考虑的一项重要指标。

测风塔选址与安装

一、 测风塔选址

（一） 测风塔位置的选择

拟建风电场内测风塔位置的选择要遵循以下几个原则：风电场区域内测风塔位置的风况应基本代表该风电场整体的风况，所立测风塔周围环境要与风电机组位置的环境基本一致，也就是说安装测风塔位置的风速、风向、温度、湿度、大气稳定性、地表植被、地势等因素要和将来设立机组点位处的这些因素基本保持一定的相似性。设立测风塔的目的就是能够准确反映将来风电场内机组位置的风能资源情况。根据国标GS/T 18709-2002规定，测风塔所选测量位置的风况应基本代表该风电场的风况，测风塔位置既不能选在风电场区域的较高处也不能选择较低的位置，所选位置应能代表场区内机组总体位置。测风塔附近应无高大建筑物、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上。测量位置应选择在风电场主风向的上风向位置。

对于复杂地形，隆升地形气流在盛行风向吹向隆升地形时，山脚风速最小，山顶风速最大，半山坡的风速趋于中间，均不能代表风电场的风速，应根据地形特征选在机组实际可能位置，在山顶、半山坡的来流方向安装测风塔。对于低凹地形如峡谷内，当盛行风向与低凹地形的走向一致时， 低凹地形内的气流被加速，适宜建设风电场。如果盛行风向与山谷走向不一致，谷内的气流变化复杂导致湍流增大，这样的区域不宜建设风电场。所以，在这个地形条件下测风塔应设在低凹地形盛行风向的上风入口处， 测风数据才具有代表性。

（二）测风塔数量的选择

对于拟建风电场区域测风塔数量的选择要兼顾经济性和技术性两个方面。仅从技术角度考虑区域内测风塔数量越多越能准确的反映出场区内的风能资源分布情况。从经济性角度来讲测风塔数量越多前期投入的成本就越多，适度的控制测风塔数量可以降低投资成本。所以在风电场前期测风塔数量的选择要根据现场实际情况综合考虑。

总体来说规划区域内测风塔数量根据风电场规模和地形复杂程度而定。一般来说，具有均匀粗糙度的平坦地形50km2-100 km2范围考虑在场中央安装1个测风塔即可。如果场区内地表粗糙度在中间衔接发生急剧变化，测风塔应避开此类地区， 在地表粗糙度变化前和变化后分别安装测风塔；丘陵及山地地形30km2-40km2范围考虑1个测风塔。 对于复杂地形来说，尽量设立两个以上测风塔，以便综合分析场区内的风能资源。在选择测风塔位置时，尽量不要把点位选择在局部地形的地方。

二、 测风设备的选择与安装

目前国内采用的测风设备主要为美国NRG公司的symphonie 型测风仪和美国赛风公司（SECONDWIND）的NOMAD测风系统以及西班牙EOL测风系统。这三种测风设备的工作原理基本一致，都属于机械式测风仪。只是在细节上有所差距。可以根据拟建风电场现场的实际需求安装合适的测风设备。

一般测风塔至少布置至少3层的风速仪、2层的风向仪，同时在7m-10m的设备箱中要布置风向、温度、气压、湿度等气象观测应以满足今后风电场风能资源评估和设计的有关要求。各层的风速风向仪之间方位角一般相差180°，同时风速仪的安装角度需与当地主导风速呈90°，同时风向仪要根据当地磁偏角进行修正。具体如图1。

测风数据采集与处理

一、测风数据采集

测风塔测风仪采集的数据一般通过无线通讯（GSM,GPRS/CDMA）、卫星、短波等方式进行数据传输。在没用无线通讯信号的地方则采取现场取数据的方法。采用无线通讯方式进行数据传输时一般可以设置多个接收数据的邮箱。即，数据可以同时发送到多个邮箱。建议各公司测风数据管理人员设施多个专用邮箱用来采集数据。定期利用批量下载软件收集测风数据并以正本保存。测风数据收集周期不宜过长，一般不超过1个月，以便及时发现测风设备故障。对于没有无线通讯区域的测风塔，应尽量采用空间大的存储卡。如果条件允许尽量一个月现场取一次数据。国标规定现场测量、收集数据应至少连续进行一年，并保证采集的有效数据完整率达到90%以上。 数据收集、分析、处理的时段最长不宜超过一个月，如果数据缺失超过一个月，数据的完整率就很难保证达到90%以上。

二、 测风数据处理

（一）测风数据检验

收集的测量数据应作为原始资料正本保存，用复制件进行数据分析和整理。对收集的数据进行初步判断，判断数据是否在合理的范围内；判断不同高度的测量记录相关性是否合理；判断测量参数连续变化趋势是否合理，发现数据缺漏和失真时，应立即认真检查测风设备，及时进行设备检修或更换，并应对缺漏和失真数据说明原因。

风电场测风数据检验的内容包括完整性检验和合理性验证。测风数据完整性验证的内容是统计风速、风向的缺失次数和测风数据的完整率。根据GB/T18710-2002 标准规定，合理性检验内容主要有：合理性检验范围，风速0 m/s-40m/s ,风向0°-360°，认为是合理的。相关性检验的合理范围如表2，趋势性的合理范围规定1小时平均风速差的合理范围应小于6m/s,1小时平均气温差的合理范围应小于5°，3小时平均气压差的合理范围应小于1kPa。

（二） 测风数据整理分析

经过对所测数据进行观察和分析后发现，由于测风塔仪器故障、数据传输时网络故障等原因，致使某天或是某月份数据存在遗漏和错误的现象，如果故障数据完整率不能达到国标90%以上的要求，必须对遗漏和错误的数据进行修补和订正。修补的原则按不同风速求相关性的方法进行数据修正。一般来说，同一座测风塔一层风速、风向缺失损坏时有同塔相邻层数据进行修补；如果同塔多层数据均缺失，采用场区内相邻几个测风塔相关性最好的同层数据进行修补；对于场区内没有其他测风数据，附近又没有相关性较好的测风塔，可采用气象数据进行修补。但是气象数据一般都设立在城镇附近，塔高只有10m，相关性一般不好。如果条件允许可以购买长期中尺度数据，效果会更好一些。

每月对测风数据进行整理分析，及时发现测风仪器的故障，及时进行维护，在进行测风数据处理分析时借助一些软件或是自己编制一些小程序会更直观。对于新疆大部分区域、河西走廊地区或是山谷地形风速分布要注意是否呈现威布尔双峰分布。还有当风切变为负时，要正确判断是真实的负切边还是测风仪器故障，以免造成不必要的损失。

表1 相关性检验的合理范围

测风仪使用寿命与移塔

目前的风电场安装的测风塔都是机械式的测风仪，测风塔长期工作在风速较大、潮湿、低温等恶劣环境下，测风仪极易磨损。风速仪和风速向仪工作几年后获得的测风数据的准确性就会降低。所以要定期对测风仪进行校验和更换。目前很多风电场的测风塔都在超期服役，这样测风塔运行2年后获得的数据就会有很大的误差，并且经常出故障，这样就失去了持续测风的意义。

现在为了节约成本，有些区域测风满一年后，发现风能资源条件不适合建立风电场，就把塔转移到其他地区进行测风。在移塔过程中，要对测风仪进行校准，塔架要重新加固。重新安装时要严格按照新立测风塔的安装说明进行安装。这样才能保证测风数据的准确性。

结语

早期建设的一些风电场由于对前期测风数据重视程度不够，造成了前期决策阶段的风能资源估算结果与风电场建成以后实际发电情况差距大、由于机组选型与实际风况不匹配而导致发电量较低或机组故障频发等一系列问题。随着风电场运行年限增加和后评估工作的开展这些问题才突显出来，引起了风电企业的重视。风电企业只有不断增强对风电场测风数据管理、测风设备安装与维护的管理水平，才能使风电项目开发获取完整、准确的测风数据，为进行准确的风能资源评估和合理的微观选址提供了优质的基础数据，避免风电场投资和运营风险，提高风电场运营效益。

（工作单位：大唐新能源试验研究院）