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CWP2016:面向低风速开发的风资源等级标准研究

※发布时间:2016-12-17 16:25:55   ※发布作者:小编   ※出自何处: 

  气象局风能太阳能资源中心张永山

  以下为发言全文:

  我今天分享的题目是面向低风速开发的风资源等级标准研究,这是我们团队前两年的研究成果。

  如图,我国2002年出台的标准,风能资源等级表,将风资源分成七个等级。随着风电技术的发展,这张表在今天看来指导性已经不是很强了,尤其是对咱们国家低风速的地区,这个表也是力不从心了,虽然前十年发挥了重要的作用。

  存在的几个问题,第一风机的轮骨高度已经在70米以上,轮骨高度120米的风机也出来了,如果还用50米的高度标准指导70米高度以上的资源等级,可信度如何值得怀疑;第二关于风速,现在在80米高度,平原地区5.2、5.3的风速都可以开发,而这张表50米高度开发定义的200,显然对低风速的地方这张表指导性也并不强了;第三随着风电技术的发展,由于大量低风速区资源都可以开发,我国风能资源储量应该进行重新估算,但是也要有个标准,出于这个原因,对低风速风机特点进行了研究。

  新标准出台以后和旧标准有什么区别呢?从资源等级上分,原来的二级到七级为之不变,对风能资源一级分成ABC三个等级(我们的顶级),关于高度的方面从50米推到140米高度,主要是面向未来风机轮骨高度不断的提升,我们是照顾到前沿和将来的可用性。

  做这项工作也并不是没有基础的,我们前几年承担了中国风能资源详查的项目,通过这个成果在全国不同的地区立了400座测风塔,我们的成果是基于400座测风塔的成果分析,我们还有很多测风塔的数据也加入了,由于我们没有授权,我们就没说但是我们心中有数。我们也承担了大量的资源评估报告,我们对全国风能资源是有比较全面了解的。

  如图,我国立了400专业的测风塔,分布在全国各地,400座测风塔,70米的测风塔有324座等等如图。我们的资料是采用2009到2010年的,技术方法非常的简单,当时采用这种技术方法我们是经过大量的研究,最终的研究成果以原来50米高度资源风速往后推,切变只要是七分之一就可以,风速频率是用瑞利函数。

  50米、10米、30米的标准,2到7的等级是完全没变的,在资源等级1是分ABC,当这个地方资源量达到多少可以开发,我们抛出这个标准,我的成果会给大家的。

  50米的标准是比较合理的,就按照风资源50米高度的等级进行划分,看看其他的70米、90米,超过90%的测风塔都是一致的,90%为什么已经很高了呢?无论做什么数据的统计分析的时候,打个最简单的比喻,气温是正态分布的,但是有几个气温序列是正态分布的呢?!还有一些测风塔切变指数不是七分之一附近,所以数据是存在着疑问的,所以90%已经是非常高的了。

  标准出台以后征求了专家和单位的意见,关键问题,切变指数七分之一是不是合适,第二个问题风力频率瑞利函数分布合理吗?为什么不按照风速对发电量功能的大小划分资源等级呢?按照发电效益对风速的影响。

  为什么用七分之一,从400座测风塔做了检验,总体上效果风速随着高度的变化切变指数是减少趋势的,但是不同的地区风速切变指数复杂性,根据地形和地理位置是非常复杂的,对400座测风塔进行了统计,究竟取多少呢?我们是取了七分之一,也是考虑到我国地形复杂,必须要有个数据嘛,实际中可以根据实际情况,根据计算结果要进行调整,但是必须要拿个数据来说话嘛,而且七分之一在国际上也是通用的。

  切变指数随着高度的变化在减小,做了个实验,假设十到五十米高度切变指数是七分之一,六十米以上切变指数逐步的减小,风能资源一级左右,一百米高度相差的值是8到13。

  瑞利函数是不是合适,我们觉得平均值是耦合的,测风塔的总体的平均是趋向于2.0,2002年的函数采用瑞利分布是有道理的,真正的形状参数的值都是大于2.0的,我们也是用2.0来做标准制定。形状参数值不一样的时候,瑞利函数做出来的等级差多少呢?是有偏差的,风资源等级1级分布在60、80、70、100米,做了统计,形状参数是1.5到2.6,是用不同形状参数计算的平均风密度值减去瑞利函数的平均分数值,在形状参数大于2.0的时候并不是很大,最大点不超过10,但是到形状参数小于2.0的时候,随着形状参数减小它是在增大的,实际过程中可以根据参数进行调整。

  不同的等级,同一个高度,在形状参数2.0的时候,计算出来的比2.0偏低一些,这是平均分布的结果来看。为什么不按照风速对发电量的大小来设定等级的标准?风速,小于切入风速的时候,对发电量是没有贡献的,大于额定风速的时候发电量是稳定的,按照发电量贡献的大小,小于切风是零处理,大于额定风速尽量按照额定风速来处理,如果切入风速和额定风速就按照额定值考虑。

  如图,50米用新的参数得到了平均风速,我们最后放弃了这样的方法,不同的风机额定风速是不同的,我国低风速的地区额定风速还会再变化,额定风速究竟取多少合适呢?这也是个课题,最终是按照原来的2002年的标准采用全风速来计算风资源等级。

  标准从目前来说和原来相比,是把原来的1级分成了ABC,原来旧标准十米、三十、五十米还是继续用。考虑到将来做到140米,目前的标准出台指导性会更强,而且采用的技术方法和刚才讲的大量技术方案论证还是比较合理的,只是设计中大量的应用根据当地的风力情况而定,要对计算结果资源等级划分要做微调,资源中如何根据切变指数和根据计算的形状参数,对资源等级做微调呢?

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