风电勘测设计中的水文气象工作分析

鲁燕

摘要：水文气象工作是风电勘测设计中的重要环节，其涉及风电场的选址、设站观测、收集资料、分析成果等环节，对风力发电设计具有直接的影响。由于风电勘测设计中的水文气象工作量较大，从选址到建成等需要准确完整的水文气象数据，这就要做好风资源的分析工作，从而保证风力发电项目的正常开展，实现良好的社会效益和经济效益。本文就对风电勘测设计中的水文气象工作进行分析和探讨。

关键词：风电勘测设计；水文气象工作

一、风电场的选址

在风电场选址过程中，应该充分利用当地的气象站网，详细了解拟选场址地区的季节变化情况、风速变化情况、盛行风向稳定性、台风对当地影响、湍流强度情况、风的垂直切变情况等，做好复杂地形对风向风速影响的分析工作。通常在选址时应尽可能选择平坦的地区，以便充分利用附近区域的现有资料，有效缩短勘测设计的时间，减少观测工作量。针对山谷地形，如果山谷走向和风向垂直，表明山谷内的风速小于平地的风速，如果山谷走向和风向一致，则说明山谷内的风速大于平地的风速。将风电场的站址选择在山谷内，必须要使山谷走向与当地盛行风向保持一致，有效利用山脊和山丘等地形对气流的压缩作用及其高度抬升的作用，注重因地形强烈变化而引起的湍流和风切变，因此风电场的站址可选择在与盛行风向相切的山顶、山丘两侧上部、山丘迎风面。如果山脊的水平延伸较长，脊线与盛行风向斜交的地形，应该综合考虑脊线的形状和山脊的高度，对各个方面加以统筹分析来选择风电场站址。值得注意的是，场址大小的选择也是选址中的关键内容，在选址过程中还要考虑到潮汐、内涝、洪水等因素对风电场可能造成的影响。

二、设站观测

风电场与气象部门的气象台站相距甚远，若对这些站点的风资源进行直接引用，在此基础上计算出风机的功率输出特征，往往无法保证其精度。根据相关规定，风电场站址观测的风向风速资料至少要连续观测一年，资料准确记录数据要超过总记录数据的90%。当然观测时间的长短尚有待商榷，如果风电场附近有风资料，可以利用短期对比观测来证明附近风资料的使用效果，这样便可不用长时间进行观测；而若风电场附近风资料缺乏一定的代表性，风向风速具有明显的季节变化，则必须要进行长期对比观测，从而计算出准确的风能功率输出特征。风电场建站观测的重要内容之一就是在观测不同高度的风向风速时，认真分析下垫面粗糙度与风速沿高度方向上的变化。另外，测风资料的好坏直接影响着风机出力的优劣，对测风设备具有重要意义，在空旷处安装测风仪时应尽量避开房屋和树林等的阻挡。

三、资料的收集

一般来说，风电场风况的分析方法有三种：①观测风电场的短期风况后，将其与附近长期站资料进行对比分析：②对风电场附近地区的气象资料加以使用：③直接引用风电场1年以上的风资料，对其进行详细分析，但是要想保证风电场观测资料的代表性较强，有效反映出当地风况，至少要做到1-3年的现场观测。由此可见，风资料的收集工作显得尤为重要。现阶段，许多气象站都位于城郊或城内，其所处环境与风电场环境存在明显的差异，因此在收集风资料的过程中，要对气象站环境情况进行详细了解，以此选择适应测风环境的风资料，充分发挥出短期测风成果的作用。有些风电场周边地区设置有多个气象站点，风电场与站点之间、站点与站点之间的自然条件有所不同，这就要求详细了解周边气象站点的地形条件、观测方法及其与风电场的距离等，选择具有代表性的气象站作为参证站，恰当选取参证资料，确保风机选型与风能计算的正确性。除气象站提供的风况资料之外，其他部门也会提供风况资料，如福建省的一些沿海盐场进行风况观测，这些站点的自然条件接近于风电场，但由于其观测缺乏规范性，观测的设备不够先进，因而收集这些资料时应详细了解观测方法和测站位置，以便取舍。

四、分析成果

风电勘测设计中的水文气象工作主要是对风能系统的影响因素展开工作，如极端大风的发生频率、间歇期与多风气的时间序列特性、风向风速的高度变化、空气密度的日变化和季节变化、风向发生突变和风向频率的概率、风速的概率分布、平均风速的变化等：同时也要分析暴雨、潮汐、洪涝对风电场的影响，进而验证参证站引用的水文气象资料。风电勘测设计的主要任务就是风电场风资源的评价与计算，而水文气象工作的关键则是分析风电场的周边气象站资料以及实测资料等。由于人为因素和测风设备因素的影响，必须要检测已获得的风电场测风资料数据的有效性，对错误数据进行排除：同时在检测中可能会导致一些数据丢失，若丢失的数据较多，则需构建相关方程来补齐空缺。

风资源分析的重要工作也包括参证气象站的选择。随着城市化进程的加快，有些气象站已被周围建筑物所包围，气象站风速逐年变小，因而选取参证站时应结合搜集的资料及气象站具体情况，选择代表性好、数据完整、长期观测的气象站与资料，然后计算分析测风场的风资源。如果选择与风电场相距较远的气象站，应该从地貌地形、主导风向的变化、周期环境的变化、不同季节风况的变化、主导方向等方面进行考虑。目前国内已经拟建或正在建的风电场规模都不够大，扩大规模来形成良好的经济效益，将会成为风电场的重要发展趋势。在风电机安装数量增加的背景下，风能损失与风机排列方式的关系也会成为重要的研究方向。

结束语：随着环境保护理念的深入人心，发展风电深受国家与各级政府的重视，而水文气象工作作为风电勘测设计中的重要内容，具有工作量大等特点，从选址到见后都需提供准确、全面、完整的水文气象数据，因此提高水文气象人员的能力显得尤为重要。在风电勘测设计过程中，资料收集、设站观测、站址选择这三者之间具有密切的关系，站址的选择对设站观测、资料收集具有极大的影响。在水文气象专业风电勘测技术规定不齐全的现状下，希望尽快出台相关的文件，确保风電勘测工作的规范发展。endprint