【摘要】本文对测风塔10、60、70、80m的高度进行风向、风速实测，详细计算和分析风能资源的各参数，评价临武县三十六湾的风能资源。风电场塔高10、60、70、80m处的年平均风速分别为6.33m/s、7.48m/s、7.56m/s、7.64m/s。测风塔80m高度主风向集中在S和NE方向，风向比例占达38.6%。实测塔高80m处有效风力时数在7736h以上，年平均风能密度在505.7W/m2以上。

　　【关键词】风电场；风能资源；评估与分析

　　能源与环境是全球共同面临的重大问题，加快开发利用可再生能源是解决人类能源和环境问题的必经之路。风电是绿色可再生能源，发展风电是实施能源可持续发展战略的重要措施。

　　我国有着丰富的风力资源，风能资源总量约为32亿kW，初步估算可开发利用的风能资源约为10亿kW，[1]其中“三北”地区和东南沿海为两大风能资源较丰富。风力发电开展的也较早，但长期以来一直停留在户用型风机利用的水平上。直到近十几年来，在国家有关部门的大力支持下，通过引进技术消化吸收，风力发电产业获得了一定的发展，出现了十几个超过万千瓦级的并网型风电场，单机容量也逐步增大到1500kW。

　　湖南省临武县有着较为丰富的风力资源，具备规模开发、商业化运营条件。风能资源的评估是风电场建设成败的关键。本文在临武县气象站测风数据的基础上对三十六湾的风能资源进行了评估，[1-3]旨在为三十六湾风电场的开发提供科学依据。

　　一、风电场概况

　　临武县位于湖南省郴州市东南部，地处南岭山脉与罗霄山脉交错、长江水系与珠江水系分流的地带。境内地貌复杂多样，其特点以山丘为主，岗平相当，水面较少。山地丘陵面积约占总面积的近四分之三。境内总的地形地貌为东南面山系重叠，群山环抱；西部山势低矮，向北开口，中部为丘、平、岗交错。地势自东南向西北倾斜，东部是南北延伸的罗霄山脉，最高峰海拔2061.3m；南部是东西走向的南岭山脉，最高峰海拔1913.8m；西部是郴道盆地横跨，北部有醴攸盆地和茶永盆地深入，形成低平的地势，一般海拔200～400m，最低处海拔70m。

　　三十六湾风电场场址区域内地形以山地为主，起伏较大，地势较高，海拔高度在850m～1590m之间，地域开阔，地表植被稀少，属典型的南方山地风电场。根据风电场区域测风塔统计成果，10m高度实测年平均风速为6.33m/s，50m高度实测年平均风速为7.36m/s，风能资源在湖南省属丰富区域。

　　二、测风数据来源

　　参证气象站为临武县气象站，是距离本风电场最近的长期观测站，位于临武县城关镇境内，海拔高度292m，测风仪器为EL型测风仪，距地面高度为10m，气象站自建站以来没有进行过搬迁，但测风仪于2001年移至原址北面相距70m稍高的平台上。临武县气象站为丘陵地貌，距离风电场最近直线距离约11km。三十六湾风电场北部区域内设有1座测风塔，已收集到2007年7月～2008年10月14个月21天的逐10min数据，在塔上10、60、70、80m高度进行风向、风速实测。

　　三、测风背景分析

　　临武县气象站1979年～2009年期间年平均风速在2.18m/s～3.42m/s之间。多年平均风速年内变化的规律是一致的，都表现为：6～8月平均风速较小（2.0m/s），2月平均风速较大（4.0m/s）。这表明该地区全年的风速有明显的季节性变化，此测风数据可以代表本地区长期气候特征。气象站多年主导风向为NW和NNW，其中以NW向最大，占比为19.0%，次风向NNW风向频率占12.0%。

　　四、风能资源计算与分析

　　1.不同高度的年平均风速

　　从表1可知，测风塔10m高度的年平均风速为6.33m/s；60m高度年平均风速为7.48m/s；测风塔70m高度的年平均风速为7.56m/s；80m高度年平均风速为7.64m/s。

　　本工程拟采用WTG93-2000型风力发电机组，轮毂高度为80m。测风塔80m高度全年平均风速为7.64m/s，4月～7月与11月～次年1月风速相对较大，月平均风速在7.39m/s～8.77m/s之间；2月、10月风速相对较小，月平均风速分别为6.30m/s、6.74m/s。年内月平均最大风速为8.77m/s，最小月平均风速为6.30m/s，最大最小月平均风速差为2.47m/s，

　　约为年平均风速的32.3%，风速年内变化幅度较大，测风塔80m高度有效风速段（3m/s～25m/s）利用小时数为7736h，占全年的88.1%，风电场有效风速小时数较高；机组满发小时段（11m/s～25m/s）小时数为2365h，占全年的26.9%，机组满发小时数较高。

　　表1测风塔风速统计成果表

　　高度平均风速

　　10m60m70m80m

　　1月6.698.028.118.20

　　2月5.276.376.616.74

　　3月6.257.397.467.54

　　4月6.918.288.208.29

　　5月6.567.757.607.69

　　6月6.197.377.317.39

　　7月7.357.958.678.77

　　8月6.017.357.367.45

　　9月5.806.996.987.06

　　10月5.216.156.236.30

　　11月7.168.368.418.50

　　12月6.407.587.627.71

　　平均值6.337.487.567.64

　　图1测风塔80m高度年风向玫瑰图

　　2.风向频率分布

　　风向分布可以确定主导风向，是反映风向稳定的指标，风向稳定有利于提高发电量和保护风机，对风电场机组位置的排列起到关键作用。本阶段风机预装轮毂80m，测风塔80m高度风向频率见图1。从图1可看出，测风塔80m高度主风向集中在S和NE方向，风向比例占达38.6%。其中风向频率最大的为S向，其比例占达19.8%。可见，本风电场风向和风能相对集中，有利于机组的总体布置。

　　3.风速日内变化

　　测风塔80m高度平均风速日变化规律见表2。分析表2成果可知，测风塔风速日内变化范围为6.6m/s～8.3m/s，以上午9点至下午18点期间风速较小，晚上22点至次日早上7点期间风速较大，即白天风速相对较小，晚上风速相对较大，风速日内变化幅度为21.3%，变化幅度一般。

　　表2测风塔80m高度风速日变化成果表

　　小时（h）01234567

　　风速（m/s）8.28.28.18.08.08.08.28.2

　　小时（h）89101112131415

　　风速（m/s）8.07.67.37.06.86.66.66.7

　　小时（h）1617181920212223

　　风速（m/s）6.97.27.57.77.98.18.28.3

　　4.各风能资源参数

　　三十六湾风电场的年平均风功率密度计算公式为：[4]

　　式中：N为风速在3～25m/s小时数；

　　为平均空气密度（kg/m3）；

　　为风速在3～25m/s的风速序列。

　　通过计算风电场空气密度为1.031kg/m3，可得出测风塔测风时段内在10、60、70、80m高度的平均风功率密度分别为301.0W/m2、489.4W/m2、490.6W/m2、505.7W/m2。

　　五、风电场风况综合分析

　　综合分析，本风电场风速主要集中在2m/s

　　～10m/s，风能主要集中在11.0m/s～17.0m/s风速段，风速风能分布相对较为集中。风电场有效风速利用小时数高，达到了7736h，即全年的88.1%的时间可以发电。根据国际电工协会IEC61400-1（2005）标准判定该本风电场属IECIII类安全等级，在风电机组选型时需选择适合IECIII类及以上安全等级的风力发电机组。

　　本风电场测风塔主风向和主风能方向主要集中在S和NE方向，盛行风向稳定。风速年内基本以冬春季较大，夏秋季相对较小；日内以晚上风速较大，白天风速相对较小。测风塔80m高度的年平均风速为7.64m/s，平均风功率密度为505.7W/m2；50m高度年平均风速为7.36m/s，平均风功率密度为472.3W/m2。根据《风电场风能资源评估方法》（GB/T18710-2002）风功率密度等级评判标准，本风电场风功率等级为4级，风能资源丰富，具有较好的开发价值。

　　参考文献

　　[1]王红芳，王志勇，王霁雪.风电场风能资源评估几个关键问题分析[J].水力发电，2012，38（2）：81-83.

　　[2]郝庆福，刘延泉，王坤.风电厂风能资源分析与评价[J].华电技术，2010，32（8）：76-79.

　　[3]魏子杰，段宇平.风电场风能资源评估[J].发电设备，2009，5：376-378.

　　[4]高延庆，陶林，宗英飞，冷怀存.朝阳燕山湖区风电厂风能资源评价[J].安徽农业科学，2007，35（36）：11968-11970.

 

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