1.4 风电场风能资源评估
1.4.1 风电场风能资源测量方法
1.4.1.1 测量位置和数量
（1）测量位置
①所选测量位置的风况应基本代表该风场的风况。
②测量位置附近应无高大建筑物、树木等障碍物。与单个障碍物的距离应大于障碍物高度的3倍。与成排障碍物的距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上。
③测量位置应选择在风场主风向的上风向位置。
（2）测量位置数量 测量位置数量依风场地形复杂程度而定：对于地形较为平坦的风场，可选择一处安装测量设备；对于地形较为复杂的风场，应选择两处及以上安装测风设备。
1.4.1.2 测量参数
（1）风速
①10min平均风速（m/s） 每秒采样一次，自动计算和记录每10min的平均风速。
②小时平均风速（m/s） 通过10min平均风速值获取每小时的平均风速。
③极大风速（m/s） 每3s采样一次的风速最大值。
（2）风向
①风向采样 与风速同步采集的该风速的风向。
②风向区域 所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。风向区域分为16等分时，每个扇形区域为22.5°。
（3）风速标准偏差
①以10min为时段，每秒采集和记录瞬时风速的标准偏差（m/s）。
②自动计算和记录每10min的风速标准偏差。
（4）气温 现场采集风场的环境温度（℃），每小时采样一次并记录。日平均温度应是每日逐小时连续采样数据的平均值。
（5）大气压 现场采集风场的大气压（kPa），每小时采样一次并记录。日平均大气压应是每日逐小时连续采样数据的平均值。
1.4.1.3 测量仪器
（1）测风仪
①风速传感器 测量范围为0～60m/s；误差范围为±0.5m/s（3～30m/s）；工作环境气温为-40～50℃；响应特性距离常数为5m。
②风向传感器 测量范围为0°～360°；精确度为±2.5°；工作环境温度为-40～50℃。
③数据采集器 具有测量参数的采集、计算和记录的功能。在现场可直接从外部观察到采集的数据，有在现场或室内下载数据的功能。能完整地保存不低于3个月采集的数据量。
（2）大气温度计 测量范围为-40～50℃；精确度为±1℃。
（3）大气压力计 测量范围为60～108kPa；精确度为±3％。
1.4.1.4 测量设备安装
（1）测风塔
①测风塔可选择桁架型结构或立杆拉线型等不同形式，要便于测风仪器的维修。沿海地区测风塔结构要能承受30年一遇的最大风载的冲击，表面应防盐雾腐蚀。
②何种结构形式的测风塔在当地30年一遇风载时都不应由于其基础（包括地脚螺栓、地锚、拉线等）承载能力不足造成塔倾斜或倒塌。
③风场测风塔高度不应低于风力机轮毂中心高度；风场多处安装测风塔时，高度按10m的整数倍选择。至少有一处测风塔的高度不低于风力机轮毂中心高度。
④测风塔顶部应有避雷装置，接地电阻不应大于4Ω。
测风塔位于飞机航线下方时，应根据航空部门的要求，决定是否安装航空信号灯。
（2）测风仪 测风仪包括风速传感器、风向传感器和数据采集器三部分。
①测风仪数量
a.只在一处安装测风塔时，测风塔上应安装三层风速、风向传感器。其中两层应选择在10m高度和风力机轮毂中心高度处，另一层可选择10m的整数倍高度安装。
b.风场安装两处及以上测风塔时，应有一套风速、风向传感器安装在10m高度处。另一套风速、风向传感器应固定在风力机轮毂中心高度处。其余的风速、风向传感器可固定在测风塔10m的整数倍高度处。
②风速、风向传感器安装
a.风速、风向传感器应固定在桁架式结构测风塔直径的3倍以上，圆管型结构测风塔直径的6倍以上的牢固横梁处，迎主风向安装（横梁与主风向成90°）并进行水平校正。
b.应有一处迎主风向对称安装两套风速、风向传感器。
c.风向标应根据当地磁偏角修正，按实际“北”定向安装。
③数据采集器
a.野外安装数据采集器时，安装盒应固定在测风塔上离地1.5m处，也可安装在现场的临时建筑物内。
b.安装盒应防水、防冻、防腐和防沙尘。
c.数据采集器安装在远离测风现场的建筑物内时，应保证传输数据的准确性。
（3）大气温度计、大气压力计 大气温度计、压力计可随测风塔安装，也可安装在距测风塔中心30m以内、离地高度1.2m的百叶箱内。
1.4.1.5 测量数据收集
①现场测量应连续进行不应少于一年。
②现场采集的测量数据完整率应在98％以上。
③采集测量数据可采用遥控、现场或室内下载的方法。数据采集器的芯片或存储器脱离现场不得超过1h。
④采集数据的时间间隔最长不宜超过一个月。
⑤下载的测量数据应作为原始资料正本保存，用复制件进行数据整理。
1.4.1.6 测量数据整理
不得对现场采集的原始数据进行任何的删改或增减。应对原始数据进行初判，看其是否在合理的范围内。数据合理范围见表1-8，数据相关性见表1-9，数据变化趋势见表1-10。
表1-8 数据合理范围
表1-9 数据相关性
表1-10 数据变化趋势
数据整理过程中，发现数据缺漏和失真时应立即与现场测风人员联系，检查测风设备，及时检修或更换设备。对缺漏和失真数据应查明原因并补缺。
整理数据时序依：每日0～23时；每月1～28日或（29日、30日、31日）；年为1～12月。
风速标准偏差（σ）以10min为基准进行计算与记录。其计算公式为：
（1-44）
式中，Vi为10min内每一秒的采样风速，m/s；V为10min的平均风速，m/s。
1.4.2 风电场风能资源评估方法
本节规定了评估风能资源应收集的气象数据、测风数据的处理及主要参数的计算方法。还描述了风功率密度的分级、评估风能资源的参考判据、风能资源评估报告的内容和格式。
1.4.2.1 测风数据要求
（1）风场附近的气象站、海洋站等长期观测站的测风数据 应收集长期观测站以下数据：
a.有代表性的连续30年的逐年平均风速和各月平均风速；
b.与风场测站同期的逐小时风速和风向数据；
c.累年平均气温和气压数据；
d.建站以来记录到的最大风速、极大风速及其发生的时间和风向、极端气温、每年出现雷暴日数、积冰日数、冻土深度、积雪深度和侵蚀条件（沙尘、盐雾）等。
（2）风场测风数据 应按照GB/T 18709的规定进行测风，获取风场的风速、风向、气温、气压和标准偏差的实测时间序列数据，极大风速及其风向。
1.4.2.2 测风数据处理
测风数据处理包括对数据的验证、订正，并计算评估风能资源所需要的参数。
（1）数据验证 数据验证是检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行判断，检验出不合理的数据和缺测的数据。经过处理，整理出至少连续一年完整的风场逐小时测风数据。
①完整性检验
a.数量 数据数量应等于预期记录的数据数量。
b.时间顺序 数据的时间顺序应符合预期的开始、结束时间，中间应连续。
②不合理数据和缺测数据的处理
a.检验后列出所有不合理的数据和缺测的数据及其发生的时间。
b.对不合理数据再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。
c.将备用的或可供参考的传感器同期记录数据经过分析处理，替换已确认为无效的数据或填补缺测的数据。
③计算测风有效数据的完整率，有效数据完整率应达到90％。有效数据完整率按下式计算：
（1-45）
式中，应测数目为测量期间小时数数目；缺测数目为没有记录到的小时平均值数目；无效数据数目为确认为不合理的小时平均值数目。
④验证结果 经过各种检验，剔除掉无效数据，替换上有效数据，整理出至少连续一年的风场实测逐小时风速风向数据，计算这套数据的有效数据完整率。
（2）数据订正 数据订正是根据风场附近长期测站的观测数据，将验证后的风场测风数据订正为一套反映风场长期平均水平的代表性数据。即风场测风高度上代表年的逐小时风速、风向数据。
具备以下条件的当地长期观测站才可将风场短期数据订正为长期数据：
a.同期测风结果的相关性较好；b.具有30年以上规范的测风记录；c.与风场具有相似的地形条件；d.距离风场比较近。
（3）数据处理 数据处理是将订正后的数据处理成评估风场风能资源所需要的各种参数，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速频率分布和风能频率分布、风向频率和风能密度方向分布、风切变指数和湍流强度等。
①平均风速和风功率密度 月平均、年平均、各月同一钟点（每日0点～23点）平均、全年同一钟点平均。设定时段的平均风功率密度表达式为：
（1-46）
式中，Dwp为平均风功率密度，W/m2；n为设定时段的记录数；ρ为空气密度，kg/m3；
为第i记录的风速（m/s）值立方。
②风速和风能频率分布 以1m/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出现的频率。每个风速区间的数字代表中间值，如5m/s风速区间为4.6～5.5m/s。
③风向频率及风能密度方向分布 计算出在代表16个方位的扇区内风向出现的频率和风能密度方向分布。风能密度方向分布为全年各扇区的风能密度与全方位总风能密度的百分比。风能密度的表达式为：
（1-47）
式中，DWE为风能密度，W·h/m2；m为风速区间数目；ρ为空气密度，kg/m3；
为第j风速区间的风速（m/s）值立方；tj为某扇区或全方位第j风速区间风速发生的时间，h。
④风切变指数 推荐用幂定律拟合风切变幂律公式和风切变指数的计算如下。
风切变幂律公式为：
（1-48）
式中，a为风切变指数；V2为高度Z2处的风速，m/s；V1为高度Z1处的风速，m/s。
风切变指数a用下式计算：
（1-49）
式中，V2与V1用实测风速值。
如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数a取1/7作为近似值。
⑤风能资源评估中采用的湍流指标是水平风速的标准偏差，再根据相同时段的平均风速计算出湍流强度（IT）。逐小时湍流强度是以1h内最大的10min湍流强度作为该小时的代表值。
10min湍流强度由下式计算：
（1-50）
式中，IT为湍流强度；σ为10min风速标准偏差，m/s；V为10min平均风速，m/s。
1.4.2.3 风能资源评估判据
（1）编制风况图表 将处理好的各种风况参数绘制成曲线图形，主要分为年风况类图和月风况类图两大类。
①年风况类图 包括全年的风速和风功率日变化曲线图，风速和风功率的年变化曲线图，全年的风速和风能频率分布直方图，全年的风向和风能玫瑰图。
②月风况类图 包括各月的风速和风功率日变化曲线图，各月的风向和风能玫瑰图。
③相关长期观测站风况 与风场测风塔同期的风速年变化直方图和连续20～30年的风速年际变化直方图。
（2）风能资源评估判据
①风功率密度判据 风功率密度蕴含风速、风速分布和空气密度的影响，是风场风能资源的综合指标。风功率密度等级见表1-11。
表1-11 风功率密度等级表
注：1.不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。
2.与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值按海平面标准大气压及风速频率符合瑞利分布的情况推算。
②风向频率及风能密度方向分布判据 风电场内机组位置的排列取决于风能密度方向分布和地形的影响。在风能玫瑰图上，最好有一个明显的主导风向或两个方向接近相反的主风向。山区主风向与山脊走向垂直为最好。
③风速的日变化和年变化判据 对比各月的风速（或风功率密度）日变化曲线图和全年的风速（或风功率密度）日变化曲线图与同期的电网日负荷曲线；风速（或风功率密度）年变化曲线图与同期的电网年负荷曲线对比，两者相一致或接近的部分越多越好。
④湍流强度判据 IT值不大于0.10，表示湍流相对较小。中等程度湍流的IT值为0.10～0.25，更高的IT值表明湍流过大。
⑤其他气象因素判据 特殊的大气条件要对风力机提出特殊的要求，会增加成本和运行的困难。如最大风速超过40m/s或极大风速超过60m/s；气温低于零下20℃；积雪、积冰、雷暴、盐雾或沙尘多发地区等都要求对风力机特殊设计。