基于测风塔和WT数值模拟的贵州山地风能资源评估——以册亨县为例

【目的】精细化评估贵州复杂山地地形下的风能资源分布,对贵州风能资源开发利用具有重要的指导意义。【方法】利用贵州册亨县境内5座测风塔2020年11月—2021年9月观测资料及其周边气象站数据,采用基于计算流体力学模型的Meteodyn WT软件,对整个册亨县境内山地风能资源进行模拟分析评估。【结果】册亨县风资源较好的区域主要分布在中部的秧坝镇、者楼镇、丫他镇以及北部的坡妹镇和冗渡镇的较高山脊处,具备一定开发利用价值;受册亨独特的地理位置和地形地势以及季风的多重影响,册亨县风能资源有较明显的月变化特征,11月—次年5月风资源较好。【结论】基于测风塔和WT数值模拟的风能资源评估方法模拟误差较小,适用于贵州山地复杂地形下的风能资源评估。

海上风电场宏观选址与风能资源储量估算

基于高时空分辨率风能资源数据库、地理空间规划数据库、风电机组机型数据库等,系统梳理中国海上风能资源储量评估的技术方法和技术流程,初步建立海上风电场宏观选址的综合评价方法体系,并利用地理信息系统(GIS)开展中国渤海和南海海域的风能资源储量估算。评估结果显示:南海风能资源较为丰富,年平均风速6.35~9.75 m/s,渤海多年平均风速相对较低,年平均风速6.30~7.70 m/s,两大海域风能资源可开发潜力均较大。渤海100 m高度的风能资源可开发量总量为526.8 GW,其中近海风能资源技术开发量约为353 GW,深远海风能资源技术开发量约为174 GW;南海海域广东、海南100 m高度的风能资源技术开发量分别为540.8、506.0 GW,其中近海分别为177.7、41.9 GW,深远海分别为363.1、464.2 GW;北部湾海域100m高度的风能资源技术开发量总量为63.3 GW、其中近海59.9 GW,深远海3.4 GW。截至2022年底,中国渤海、南海和北部湾各省区海上风电装机容量仅为技术可开发量的1.9%。

中国典型地形风能资源的湍流特征分析

选取4种风能开发利用的典型地形,对其大气边界层风场特别是湍流场的特征进行分析。通过分析不同下垫面无量纲方差与无量纲稳定度参数z/L的关系,表明均在风力机标准的湍流模型适用范围内。湍流动能随风速呈指数增长,不同稳定度下指数差异明显。湍流动能的垂直变化,除受稳定度影响外,还与下垫面有关。东海塘沿海局地平坦地形和锡林浩特平坦草原下垫面,湍流动能随高度变化较小;鄱阳湖湖陆交界复杂下垫面,近地面湍流动能明显增大,随着高度的增加,湍流动能迅速下降;河北尚义起伏的中山丘陵下垫面,地形使下层湍流动能随高度减小,上层湍流动能随高度增大。摩擦速度廓线与湍流动能廓线基本一致,但其最大值并不一定在地表附近。

中国海上油气田风能资源评估

利用持续30年的CCMP分析风场数据,对中国海上油气田开发海域进行了风能资源评估。评估结果表明:不同海区的油气田风能资源分布差异较大,其中东海油气田群的海面风能资源最为丰富,风资源等级可达7级以上,海上油气平台周围10km范围内风能资源技术可开发量可达98~106万kW,风能资源稳定性最好;南海东部油气田群次之,一般可达6级以上,海上油气平台周围10km范围风能资源技术可开发量可达90~104万kW,风能资源月变化和季节变化较强;南海西部油气田群又次之,风资源等级一般可达4级,海上油气平台周围10 km范围风能资源技术可开发量可达58~78万kW,风能稳定性总体月变化较季节变化强,且区域内不同油气田风能稳定性指数数值差异较大;渤海油气田群除渤海南部及中东部外,海面风能资源大多在4级以下,海上油气平台周围10 km范围风能资源技术可开发量一般在42~58万kW之间,风能短期变化较强,月变化和季节变化较弱。相关研究结论可为我国海上油气田海域的海洋清洁能源规划与开发利用提供基础科学依据。

高海拔区域复杂山地地形的风能资源评估

选择四川省凉山州某高海拔山地作为研究区域,采集并处理了该区域1个气象站1981~2015年的统计数据以及该区域内4个测风塔1年的实测数据,开展风能资源评估。研究发现,该区域局部地形复杂,海拔在3530~3950 m,面积约为40 km^(2),西南风影响较大,风能资源较丰富。通过频率分析发现该区域风向稳定,WSW方向风速和风能最大。计算该区域风功率密度为2级,属IEC II/III类风电场。另外,研究表明该区域50年一遇最大风速低于IEC标准值,但湍流指数达到IEC B类,风电机组疲劳载荷影响需要评估。该研究为高原山地复杂地形区域的风电场开发提供了科学的风能资源评估方法,也为该区域的风电场设计提出了建议。

“双碳”时期青海省风速及风能资源潜力评估

风能资源的开发利用是实现“双碳”目标的重要途径。本研究利用1961—2022年逐日风速站点观测资料,选取涵盖七个共享社会经济路径的五个CMIP6气候模式1995—2100年逐日风速数据,构建了青海省1 km水平分辨率的风能资源数据库,并分析该地区1961—2022年、“碳达峰”(2026—2035年)和“碳中和”时期(2056—2065年)风能资源的时空变化趋势。研究发现:(1)1961—2022年,青海省10 m高度年平均风速为3.06 m·s^(-1),风电机轮毂高度所在的100 m高度有效风功率密度为125.14 W·m^(-2),风能可利用天数达167天,风能资源西多东少,柴达木盆地和唐古拉山脉一带尤其是布尔汗布达山脉西部风能资源最丰富;(2)青海省风能资源总体呈减少趋势,风速以2.08%·a^(-1)的速率减小,有效高度风功率密度以1.40%·a^(-1)的速率减少,风能可利用天数以0.88%·a^(-1)的速率缩短;(3)2026—2035年和2056—2065年,青海省风速分别为2.52 m·s^(-1)(2.39~2.63 m·s^(-1))和2.49 m·s^(-1)(2.31~2.59 m·s^(-1)),相较于历史时期,分别减小了3.53%(2.34%~5.24%)和5.71%(5.21%~6.53%),有效风功率密度为50.28 W·m^(-2)(46.17~64.08W·m^(-2))和47.75W·m^(-2)(38.89~54.79W·m^(-2)),降低了10.20%(6.69%~14.91%)和15.79%(14.72%~18.32%),风能可利用天数为114天(105~124天)和111天(99~120天),缩短了7.58%(2.44%~11.05%)和10.73%(8.39%~13.55%);(4)2026—2035年和2056—2065年,相较于高辐射强迫情景(SSP3-7.0、SSP5-8.5),低辐射强迫情景(SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP4-3.4)下,青海省的风速可能高出1.75%和5.16%,风功率密度多5.23%和14.28%,风能可利用天数多3.32%和9.71%。总体而言,青海省西部特别是柴达木盆地和唐古拉山脉一带风能资源储量大、减幅小、降速低,存在较大开发利用潜力。本研究结果为风能资源开发提供理论依据,助推国家新能源产业高质量发展,践行绿色低碳理念。

山地风能资源评估方法与技术比较研究

随着可再生能源需求的增加,对于高效和准确的风能资源评估方法的需求也在增长。特别是在复杂的山地地形中,传统的风能评估方法面临着诸多挑战。文章比较和评估了山地风能资源评估的各种方法和技术,包括数值模拟方法、实测方法和遥感技术方法,并在成本、精度和数据可用性方面对这些方法进行比较,以期为山地风能资源评估提供参考和借鉴。

“十三五”期间通辽地区风能资源评估

利用2016—2020年气象观测站点逐时瞬时风数据,对通辽“十三五”期间风能资源概况及其开发利用情况进行综合分析。结果表明:通辽市风能资源极为丰富,其中霍林郭勒市、扎鲁特旗、科左中旗为通辽市风能资源极丰富区,奈曼旗大部、科左后旗中西部以及库伦旗局部为次丰富区;此外,通过风速外推发现,通辽地区80 m高度平均风速均在3.5 m/s以上,空间分布上呈现出显著的区块特征,且西北部地区有明显的极大值区。统计有效风时数,大部分区域年有效风时数>4500 h,局地超过7000 h;平均风功率密度整体相对较大,风功率密度空间分布上具有明显的条带特征,霍林郭勒市超过1200 W/m^(2),风能资源最为丰富。

因地制宜开发农村风能资源 为乡村振兴注入绿色动能

2024年4月1日,国家发展改革委、国家能源局、农业农村部联合印发《关于组织开展“千乡万村驭风行动”的通知》(下称《通知》),明确了“千乡万村驭风行动”实施的指导思想、基本原则、主要目标,对组织实施过程提出具体要求,并规范了支持性政策和保障性措施,是国家相关主管部门认真贯彻落实党中央决策部署的具体举措,旨在通过加大政策供给推动农村地区风电发展,为推进乡村振兴战略、夯实党在基层的执政之基、落实碳达峰碳中和目标提供关键支撑。

基于Weibull分布的风能资源分析与评价——以郑州市为例

基于郑州市8个国家气象观测站2003-2017年所记录的平均风速和风向数据,通过Weibull分布函数计算年均风速、年有效风力小时数、年均风功率密度和风向频率等关键风力技术参数,对郑州市的风能资源状况和风力发电前景进行全面评估。结果表明:郑州地区距地10 m高度的年均风速均呈现逐年减小变化趋势,而历年平均风速从郑州市西部到东部呈现递减的空间分布规律。郑州地区风能资源整体贫乏,但是嵩山地区的风能资源具有显著优势,嵩山地区属于风能丰富区,其平均风速为4.6 m/s、有效风力小时数超过6000 h,平均风功率密度也在200 W/m^(2)以上,且风向频率分布良好,风能分布较为集中,具备很好的经济效益和投资价值。

基于海上航线风能资源特征的船舶风帆选型

将风帆装置的气动特性、船舶航线信息和典型航区风能资源特征相结合,提出一个船舶风帆选型方法。根据风洞试验数据分别计算并归一化圆弧形翼帆、滚筒帆、涡轮帆和天帆的风力助推系数和横漂系数;考虑不同航线上风力、风向的概率数据计算出不同风帆的助推指数和横漂指数,将每年12个月的助推指数和横漂指数相加得到总助推指数和总横漂指数;以不同风帆的总助推指数较大,兼顾较小总横漂指数的优选原则,确定最佳的风帆类型。以上海—中国香港航线和横滨—洛杉矶西段航线为例,利用这种风帆选型方法,计算出2个航线不同风帆助航装置的综合助推指数、横漂指数和总评价指数,确定了2条航线的最佳风帆装置,为船舶风帆的选型设计提供依据。

吉林长岭风场区风能资源统计评估

利用30 a风场数据作为基础研究资料,对吉林省长岭县风场区风能资源进行全面评估。评估结果发现,长岭县风场区风能资源蕴藏较为丰富,场区所在区域风向、风能分布相对集中,每年的3,4,5,10,11月,风场风速和风功率密度较高,1,7,8,12月较低。115 m高度处、80 m高度处的测风塔年平均风速、风功率密度分别为6.33,5.91 m/s和285.7,232.9 W/m^(2)。115 m高度处、80 m高度处的虚拟测风塔年平均风速、风功率密度分别为6.42,6.00 m/s和299.1,243.8 W/m^(2)。80 m处测风塔与虚拟测风塔风功率密度等级分别为1级和2级。了解长岭县风能资源分布规律,对于进一步合理开发利用吉林省可再生能源以及推进风电项目顺利开展具有一定的指导意义。

基于ERA5数据的江苏海域风能资源评估

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5风场数据,综合考虑风功率密度的时空分布、稳定性以及资源储量等要素,对江苏海域风能资源进行评估。结果表明,江苏海域多年平均风速和风功率密度总体呈现南高北低、离岸高近岸低的分布趋势。连云港近岸区域风功率密度等级小于2级,3级及以上区域主要分布在远海海域;盐城和南通除岸边潮间带滩涂区域外,大部分区域达到2级或3级,离岸约30 km可迅速提升至4级以上。风功率密度具有较明显的季节性分布特征;盐城南部和南通海域风能稳定性最好,连云港海域风能稳定性相对较差。南通和盐城南部风能资源有效储量最高,盐城北部次之,连云港最低。

天津滨海风能资源特征分析

利用2020年6月—2021年6月持续1年的声学雷达测风数据分析了天津滨海测站上空近地层的风能资源特征。结果表明,天津滨海附近海域近地风速、风向表现出较显著的季节变化特征,观测期间110 m高度平均风速为(5.73±2.42)m/s,平均风功率密度为(182.37±249.60)W/m^(2);有3个主风向,NNW方向、WSW方向和E方向;1个主风能方向,NNW方向。测站近地层风向较分散,风能方向相对集中,风能资源能级综合评级为1级。此外,结果表明:CCMP风场数据在天津滨海附近准确性较高,可作为风能资源评估的可靠参考资料。文章研究结果可为天津滨海附近油田的风能资源评估研究和风电工程开发提供基础科学依据。

WRF模式中不同物理参数化方案组合在中国近海风能资源评估中的适用性研究

基于中尺度气象数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),分别对我国广东、浙江、山东这3个近海典型风能资源储备区域进行了45组物理参数化方案组合连续1 M的敏感性试验,对试验中多要素的模拟结果进行综合评估,分别确定了适用于3个风能资源储备区各自排名前3的物理参数化方案组合,并对其模拟性能较优的原因进行分析。为了测试3个风能资源储备区筛选得到的物理参数化方案组合的适用性,利用不同于敏感性试验时段的模拟结果,结合海上测风塔和海洋气象站的实测数据开展进一步评估。结果表明,优选得到的物理参数化方案组合具有较好的适用性,其对近海的风速模拟性能较优,具有实际业务应用价值。

金华市风能资源分析

为了分析金华市风能资源的丰匮及其分布状况,利用2017—2020年金华市8个国家地面气象观测站和169个区域自动气象站的逐小时风向风速资料,统计分析了平均风速、有效风速时数、有效风能密度等风资源评估参数。结果表明:按照风能资源区划标准,武义大莱站和义乌站的风能资源达到可利用区的标准,而其他站点则处在风能资源贫乏区,其中,大莱距地面10 m高度的年平均有效风能密度达107.5 W/m2,有效风速时数为5481.0 h,年主导风向为WNW,义乌的有效风能密度则为51.5 W/m2,有效风速时数2571.3 h,年主导风向为N;义乌平均风速的日变化幅度较大,不利于其风电在并网过程中的安全稳定。

风电场风能资源分析方法与综合评价研究

为了对盘石风电场内风力发电系统规划及优化设计提供指导研究,本文研究了其风能资源分布状况。首先基于长周期气象站数据概要分析了风能资源特征;再次通过一个完整年内测风塔的风参数,研究了环境湍流强度、风切变指数、风速、风功率密度和风速风能频率等参数在时间和空间上的变化规律;最后采用风能分析软件对风电场场址内风能资源分布进行建模分析,获取了拟布置风机的点位和风机型号。研究结果表明:盘石风电场80 m轮毂高度年平均风速和年平均风功率密度分别为6.50 m/s和302.4 W/m^(2),风能资源丰富;不同测风高度处内的湍流强度在0.140~0.172之间,叶片承受的疲劳载荷强度较低;年内和日内风速与风功率密度变化规律一致,最大和最小值分别出现在7月和6月。盘石风场轮毂高度处风速较大、风向稳定且湍流强度较小,选址合理具有一定的开发利用价值。

风电场的选址与风能资源评估及其后评价

风电场选址的优劣与风能资源评估的准确性息息相关,决定了风电项目的成功与否。从工程实践的角度,对风电场在场址选择、测风方案、数据分析、模型计算过程中的遇到的几个关键问题进行概述,并以贵州省处于复杂地形的某风电场为例进行后评价,分析理论计算得到的发电量与实际发电量的差异及差异产生原因。结果显示:1)场址选择方面,借助高精度风能资源图谱,通过叠加土地利用现状图、生态红线范围图等方式,选出资源相对较好的区域作为潜在规划区域,再通过现场实地勘查,排除限制区域;2)测风方案方面,需有足够的测风塔数量和充足的测风时间,测风塔安装位置尽可能覆盖场区内多样化的地形条件;3)数据分析方面,测风数据的插补可选用多种拟合方法,对比插补后风速、威布尔分布的变化,尽量降低因缺少测风数据带来的计算误差;4)模型计算方面,应先验证测风塔在数字化地形图上的位置与实际地形是否吻合,视项目所在地地形复杂程度、地表特征,选择适用的计算模型,海上风电项目和陆上大基地风电项目应重点关注尾流模型的适用性和尾流衰减常数的取值;5)风电场后评价方面,开展基于风能资源评估的风电场后评价,找寻导致风电场实际运行时的发电量与设计发电量差异的因素,有助于减少之后风电场在设计阶段的误差。以期本研究可为后续风电场测风塔选址、风能资源评估提供参考。

渝东南山地风能资源及风切变研究

根据渝东南地区某山地风电场内5个测风塔的测风数据,按照《风力发电场设计规范》(GB51096-2015),对该地区风能资源各参数进行计算和分析.研究表明:该地区月平均风功率密度在97.66~337.89 W/m 2范围内,该风电场区域风功率密度等级为2级.风电场测风区域基本上呈现出低层风切变指数高,高层风切变指数低的规律.该风电场风能分布集中,风能资源较为丰富且可利用性大,具有较好的开发利用潜力.

塔城地区风速及风口区域风能资源特征分析

本文利用塔城地区1960~2020年7个国家地面气象观测站逐日平均风速和2018~2021年3个区域自动气象站逐日10分钟平均风速观测资料,分析了近61年塔城地区平均风速的变化趋势,以及近4年风口区域有效风速时数和有效风能密度。结果表明:1) 近61年来,塔城地区年平均风速呈减少趋势,递减率为−0.174 m/(s∙10a),其中南部地区递减率高于北部;四季风速递减率为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。2) 由M-K检验可知,塔城地区年和秋季平均风速未发生突变,春、夏季均在1980年前后发生突变,冬季在1973年发生突变。3) 小波分析表明,年平均风速变化存在以7年、18年和30年左右的周期变化。4) 塔城地区风口区域年平均有效风速时数为4527 h,年平均有效风能密度为195 W/m2,属风能较丰富区。