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1、风资源评估： 风电项目开发实用导则目录第 1 章引言11. 1风从哪里来？1. 2风的关键特性1. 2. 1时间维度1. 2. 2空间维度 1 3 4 41. 2. 3风资源的其他特性51. 3风电场51. 4本书的宗旨和结构71. 5讨论题9深入阅读建议9第一篇风 况 监 测第 2 章风资源评估活动概述 132. 1场址确认132. 2风资源监测142. 2. 1风况监测活动设计142. 2. 2测量计划152. 2. 3监测策略152. 2. 4质量保证计划162. 3风资源分析172. 3. 1数据验证172. 3. 2风资源观测结果特征描述172. 3. 3轮毂高度风资源估计172.
2、3. 4气候修正172. 3. 5风流场建模172. 3. 6风资源评估的不确定性17目录2. 3. 7工程设计和发电量18深入阅读建议18第 3 章风电工程选址 193. 1场址选择193. 2区域风资源信息203. 2. 1风资源地图213. 2. 2风况测量213. 3现场勘察243. 4测风塔定位253. 4. 1专用测风塔253. 4. 2已有多功能高塔263. 5风况监测许可273. 6租地协议273. 7讨论题28深入阅读建议29第 4 章监测站仪表及测量 304. 1基本测量304. 1. 1水平风速304. 1. 2风向344. 1. 3空气温度354. 2补充测量354.
3、2. 1垂直风速364. 2. 2浥热风速计374. 2. 3温差374. 2. 4大气压力374. 2. 5相对湿度384. 2. 6阳光总辐射384. 3记录参数和采样间隔394. 3. 1平均值394. 3. 2标准偏差394. 3. 3最大值和最小值394. 4数据记录器404. 5数据存储设备414. 5. 1数据处理和存储41风资源评估： 风电项目开发实用导则4. 5. 2存储设备414. 6数据传输设备424. 6. 1手工数据传输424. 6. 2远程数据传输424. 7电源434. 7. 1家用蓄电池434. 7. 2太阳能蓄电池系统434. 7. 3交流电源434. 7.
4、4其他电源444. 8测风塔和传感器支持硬件444. 8. 1测风塔444. 8. 2传感器支持硬件444. 9连线454. 10测量系统的准确度和可靠性454. 10. 1准确度4. 10. 2可靠性 45 464. 11讨论题46参考文献47深入阅读建议47第 5 章监测站安装 485. 1设备采购485. 2设备验收试验和现场准备485. 2. 1验收试验485. 2. 2现场准备步骤495. 3安装队伍505. 4安全问题505. 5确定真北515. 6测风塔安装525. 6. 1新斜拉塔525. 6. 2新桁架塔545. 6. 3已有铁塔555. 7传感器和设备安装555. 7. 1
5、风速计555. 7. 2风向标605. 7. 3温度和其他传感器60目录5. 7. 4数据记录器和相关硬件605. 7. 5传感器接头和连线615. 7. 6接地和防雷保护615. 8现场调试645. 9文件材料645. 10成本和人工估计655. 11讨论题深入阅读建议 66 67第 6 章监测站运行和维护 696. 1站址巡查696. 2运行维护程序696. 2. 1工程描述和运行维护方针706. 2. 2系统组成描述706. 2. 3设备例行维护指南706. 2. 4站址巡查流程716. 3文件记录726. 4备件清单736. 5讨论题74第 7 章数据采集和处理 787. 1原始数据存
6、储787. 1. 1数据存储类型787. 1. 2数据存储容量797. 2数据提取797. 3数据提取频率797. 4数据保护和存储807. 4. 1数据记录器807. 4. 2计算机硬件807. 4. 3数据处理过程807. 5文档编制807. 6讨论题81第 8 章陆基遥感系统8. 1声雷达 （ Sodar）8. 2光雷达 （ Lidar） 83 83 85风资源评估： 风电项目开发实用导则8. 3遥感监测的设计和选址868. 4数据采集和处理878. 5与常规测风方法的比较888. 5. 1Sodar 的声束倾斜888. 5. 2矢量风速到标量风速的转换888. 5. 3Lidar 的环
7、境条件888. 5. 4湍流强度和风速计超速898. 5. 5气流倾角与复杂地形898. 5. 6体积平均898. 5. 7与参考测风塔的距离898. 6讨论题90深入阅读建议90第二篇数据分析和资源评估第 9 章数据验证 939. 1数据转换939. 2数据验证949. 2. 1验证程序959. 2. 2可疑数据处理989. 3后验证调节999. 3. 1杆塔影响999. 3. 2湍流9. 3. 3斜流 100 1019. 4数据替换和平均1019. 4. 1数据替换9. 4. 2数据平均 101 1019. 5讨论题102参考文献103深入阅读建议103第 10 章风资源观测结果特性描述
8、10410. 1风资源观测结果归纳10410. 1. 1数据恢复10410. 1. 2平均风速和年平均风速10510. 1. 3风切变107目录10. 1. 4湍流强度10810. 1. 5风功率密度10910. 1. 6空气密度10910. 1. 7风速频率分布和威布尔分布参数11010. 1. 8风玫瑰图11110. 2讨论题112深入阅读建议113第 11 章轮毂高度的风资源评估 11411. 1风速11411. 1. 1直接测量11511. 1. 2偏移高度11611. 1. 3收敛高度11711. 1. 4对数法11811. 2时变风速和风速分布11911. 3其他参数12111.
9、3. 1风向12111. 3. 2空气密度12111. 3. 3湍流强度12111. 4讨论题121参考文献123深入阅读建议123第 12 章气候修正过程12412. 1风气候稳定吗？12512. 1. 1历史证据12512. 1. 2未来气候变化展望12612. 1. 3可能影响当地风气候的其他因素12612. 2准确 MCP 的要求12712. 2. 1相关性12712. 2. 2均衡的风速观测12912. 3参考数据源13212. 3. 1安装了风资源评估仪器的高塔13212. 3. 2地面气象站13212. 3. 3探空观测站13312. 3. 4建模数据集134风资源评估： 风电项
10、目开发实用导则12. 4目标- 参考点的相关性13512. 4. 1数据分区13612. 4. 2拟合方法13612. 4. 3预测风速频率分布13712. 4. 4风向和其他参数13812. 4. 5小结13812. 5讨论题138参考文献140深入阅读建议141第 13 章风流场建模 14213. 1风流场模型的种类14213. 1. 1概念模型14213. 1. 2试验模型14313. 1. 3统计模型14313. 1. 4风流场数值模型14513. 2数值风流场模型的应用15113. 2. 1地形数据15113. 2. 2地表覆被数据15113. 2. 3测风塔数量和位置15213.
11、2. 4对多个测风塔的调整15213. 3讨论题152参考文献154深入阅读建议155第 14 章海上风资源评估 15614. 1海上风环境的性质15714. 2风资源监测系统16114. 2. 1专门建设的测风塔16214. 2. 2地表遥感系统16414. 2. 3使用已有的海上建筑16714. 2. 4浮标气象站16814. 2. 5数据记录和通信系统16814. 2. 6电源16914. 3海上系统的运行维护16914. 3. 1监测站巡查170目录14. 3. 2运行维护程序17014. 4卫星微波传感器17114. 4. 1传感器类型17114. 4. 2使用卫星微波传感器进行风资
12、源评估173参考文献175深入阅读建议175第 15 章风资源评估中的不确定性 17615. 1测量的不确定性17615. 2历史风资源17715. 3未来风资源17815. 4风切变17915. 5风流场建模的不确定性18015. 6组合不确定性18115. 7讨论题184参考文献185深入阅读建议185第 16 章风电场设计和发电量估算 18616. 1风电场设计软件18616. 2工程设置18716. 3风资源数据18916. 3. 1风资源测量18916. 3. 2风资源网格建模19016. 4选择风力机19216. 5风力机布局的设计和优化19416. 6总发电量和净发电量19516
13、. 6. 1尾流效应19616. 6. 2停机时间19716. 6. 3电气损耗19716. 6. 4风力机性能系数19716. 6. 5环境损耗19716. 6. 6弃风19716. 7专题19816. 7. 1将测风塔处风资源外推至风力机19816. 7. 2使用多个测风塔199 风资源评估： 风电项目开发实用导则16. 7. 3尾流建模20016. 8讨论题205参考文献206深入阅读建议207附录208附录 A风资源评估设备销售商208附录 B部分 GIS 数据源 210第 1 章引言任何一个发电厂都需要燃料。 对于风电场来说， 它的 “ 燃料” 是风。风资源评估是估计一个风电场在它的
14、可用寿命期间有多少可用燃料的过程。 这一过程是确定这个风电场能发出多少电量， 并最终为它的业主挣到多少钱的最重要的一步。 因此风电项目要想成功， 准确的风资源评估是必不可少的。测量风速的技术已经存在很多世纪了。 风资源评估中最常使用的转杯风速计是19 世纪中期开发的， 而巨从那时起， 它的基本设计 （ 三四个转杯装在垂直旋转轴上） 至今也没有多少变化。但准确估计大型风电项目的发电量远不止能在特定时间特定地点测量风速这么简单。 它的要求是对风电项目开发地点， 在广大的空间和时间尺度上从数米到数千米， 从数秒到数年确定大气条件特性。 这就必须综合使用从简单到复杂，通过成年累月的经验磨硕出来的严谨工
15、艺技术。这一技术的细节就是本书的主题。 但在跳迸这一技术的水池之前， 还需要了解一点风资源评估知识的背景。 风从哪里来？ 它的关键特性是什么？ 它如何在风电场中转换为电能？1.1 风从哪里来？这个问题的最简单回答是空气对地球表面不同部分之间的压力差， 即梯度响应产生的运动。 空气团总是倾向于向低压区运动， 而离开高压区。 如果没有干扰， 产生的风最终会使压力差平衡并逐渐消失。空气压力梯度永远不能完全消失的原因在于， 它们持续不断地受到地表被阳光不均匀加热的作用。 地表受热时， 它上面的空气会膨胀并上升， 压力下降。 地表冷却时， 会产生相反过程， 空气压力会增大。 由于地表不同点接收和保持的太
16、阳辐射量的差异， 地表温度和压力无论大小， 都会持续发生变化。 因此， 在我们地球上总会有些地方有风。太阳的不均衡加热是风的最终推动力量， 地球旋转也起着关键作用。 科里奥利效应 （ Corioliseffect） 使空气向两极转东方向运动， 而赤道的受热空气向西运动。 科里奥利效应是一种从旋转参照系观察的运动， 这里的旋转参照系是地球。 地表绕轴运动在赤道比在两极附近快。 如果一个物体向赤道自由运动， 它的下表面会向东加速。 从地表观察者角度看， 物体像是转向西。第 1 章引言9这一影响意味着风永远不会直接向低压区运动， 而是在地表影响以上的高度， 沿等压线绕低压区旋转。 这就是飓风中气旋的
17、来源。最重要的温度梯度驱动的全球风模式在赤道与两极之间。 它与科里奥利效应一起， 是著名的赤道信风和中纬度西风带的起因 （ 见图 1 -1 ） 。 赤道比较温暖， 潮湿空气倾向于通过对流向高海拔上升。 这会把空气拉向赤道， 因而形成一种被称为哈德利环流圈 （ Hadleycell） （ 用第一个解释这种现象的一位 19 世纪气象学家的名宇命名的） 的循环。 由于科里奥利效应， 人流空气会转向西方， 产生东贸易风。图 1-1 主要全球性大气循环 （ 来源： NASAJPL-Caltech）被称为极环流圈 （ polarcell） 的类似循环模式是在高纬度和两极之间建立的。在两极环流圈和哈德利环流
18、圈之间的是以相反方向循环的费雷尔环流圈 （ Ferrel cell， 即中纬度环流圈） 。 与前两者不同的是， 它不是由对流驱动的， 而是由来自邻近环流圈的空气升降作用产生的。 沿地表流向两极的空气转向东方， 科里奥利效应又一次显示出了它的正确性。 西贸易风对北美、 欧洲、 亚洲 （ 为 35 65 N） 以及非洲最南端的南非和澳大利亚的中高纬度区通常都是有利风源。叠加在这些全球性环流模式之上的是很多区域模式。 陆地质块受热和冷却都比 按惯例， 风向用来风方向表示。 如果空气向北运动， 则称它为南风。海洋快， 即使不同的陆地质块之间， 地表受热也有差异， 如积雪覆盖的山顶和下方的绿色谷地之间，
19、 沙漠和垦殖平原之间。 产生的温度梯度会形成所谓中尺度大气环流 （ mesoscaleatmosphericcirculation） ， 称为中尺度是因为它们处于全球尺度和局部尺度或微尺度之间。最常见的中尺度循环是海上微风。 在正常夏季白昼， 陆地会变得比海洋温暖， 随着陆地表面的空气膨胀上升， 压力会下降， 比较凉爽的高密度空气会从海洋涌入。 夜间的情况刚好相反， 会产生陆地微风。 通常， 海洋微风比较弱， 但对于风因地形而加强的地方， 它的作用也会很强大。 这是美国加利福尼亚、 俄勒冈和华盛顿州海岸山口以及其他国家类似山口出现极强风的主要机制。虽然温度和压力差会产生风， 但地形和陆地表面情
20、况对风也有强烈影响， 比如海边山口就是例证。 那里的风是由于地形上升驱动的， 特别是在它的山脊是与气流横断的时候， 会产生显著的加速作用， 因为空气团被 “ 挤压” 通过有限的垂直空间。 由于这种作用， 世界上很多最好的风电场址都位于隆起的山顶、 山脊、 台地和其他起伏地形。 然而， 在那些地表附近的空气通常比它替代的空气冷和重的地方， 如海洋微风的情况， 它往往会寻找绕过高地的路径而不是翻越它。 这种情况下， 拥有最佳风资源的地方通常是山口而非山顶。地表覆被和其他地面覆盖物， 如房屋和其他结构， 也会起重要作用。 在气象学中， 这一作用用称为表面粗糙长度 （ surfaceroughness
21、length ） 或简称为粗糙度（ roughness） 的参数表示。 由于施加于下部空气的摩擦或阻力， 在粗糙度较高的区域， 地面附近的风速通常较低。 这也是美国东部的优良风电场址比大平原 （ Great Plains） 少的主要原因之一。 相反地， 开阔水面的粗糙度较低， 这有助于解释为什么风资源通常会随着远离海岸而改善。1.2 风的关键特性年平均风速经常被作为风电工程等级或排序的指标， 确实， 它是一个方便的度量尺度。 现在， 大部分风电工程开发都在风力机 轮毂高度平均风速为6 .5 ms或以上的地 点迸行， 但在竞争电价较高或其他市场条件优惠的区域，风资源差些的场址也可以开发。 然而，
22、 平均风速仅是风资源的粗略测度。 为准确估计发电量， 风资源特性还必须用时间和空间上的风速和风向的变化以及空气密度表示。 大平原是北美洲主要自然地理区之一。 它北起马更些河 （ mackenzieriver） 三角洲， 南抵美墨边界的格兰德河 （ Grand River） ， 东接劳伦琴低高原 （ Laurentian Plateau ） 和内陆低平原， 西至落基山脉东麓。 南北长 4800 km， 东西宽 480 1120 km， 面积约 2900000 km2 ， 是世界著名平原之一。 译者注 wind turbine在主要指其机械 （ 功能） 部分时， 可译为 “ 风力机” ； 强调其机
23、电一体功能时， 可译为“ 风电机组” 。 译者注1.2.1 时间维度秒级及以下的极短时间尺度是湍流的领域。 它是用来表示短暂压力扰动或涡流引起的风速和风向快速波动的通用术语。 人们通常感受到的湍流是阵风和间歇。 湍流是大气摆脱太阳辐射建立的能量的关键机制。 但遗憾的是， 它对发电基本上没有好处， 因为风力机对这种速度变化不能做出足够快的响应。 实际上， 当风力机的桨距设置有误或没有对正风向时， 强湍流反而会导致风力机出力下降。 此外， 湍流还会加剧桨距动作器和偏航电动机等机械部件的磨损。 因此， 制造商可能不给湍流超过设计范围的风电机组提供保修。 因此， 了解场址的湍流情况对风资源评估非常重要
24、。风速和风向的波动也会发生在几分钟到数小时。 然而， 它们不同于湍流， 这些变化是可以被风力机迅速捕获的， 会导致出力变化。 这是电力系统运营商最感兴趣的时间框架， 因为运营商必须对风波动作出响应， 相应改变系统其他电厂出力， 以保持对用户稳定供电。 因此， 它是短时风电预测的重点。在 12 24 h 时间尺度， 存在与地面受阳光加热和辐射冷却的日循环模式相关的变化。 取决于地上高度和风气候性质， 一个给定位置的风速通常在下午 3 时左右和夜间分别达到其高低峰值。 在电价按白天需求确定的市场中， 哪种用电模式占优势会对电厂收入产生重大影响。 例如， 在空调负荷很多的区域， 电力需求高峰会出现在
25、下午， 而在家庭电取暖用得很多的区域， 傍晚会出现用电高峰。季节影响开始于月时间尺度。 在多数中纬度区域， 较好风况通常出现在晚秋到春季， 而夏季通常很少刮风。 经受强暖气候中尺度循环的地点， 如前面提到的海岸边山口， 通常是这一规则的例外， 那里的风通常在晚春到早秋最强。 由于这种季节变化， 短于一整年的测量很难准确确定平均风资源。 此外， 如同日变化一样， 季节变化也会影响风电场收入。 通常在夏季峰值系统的夏季和冬季峰值系统的冬季电价最高。年度和更长的时间尺度是区域、 半球、 全球气候振荡领域， 如著名的厄尔尼诺（ ElNino） 现象。 这些振荡以及随机过程是年度之间风气候变化性的主要原
26、因。 它们通常也是希望在场址迸行符合长期历史规律的正确风况测量的主要原因。1.2.2 空间维度风资源评估的空间维度对风电场设计非常重要。 多数风电场都有不止一台风力机。 为预测总发电量， 必须理解各台风力机之间的风资源是如何变化的。 这对于地形影响很强烈的复杂山区地形特别有挑战性。 一种方法是在风电工程区域的多个地点测风。 即使这样， 通常也必须使用某种模型 （ 通常是风流场数宇模型） 把观测到的风资源外推到其他地点。人们感兴趣的空间尺度与风力机尺寸和风电工程规模有关。 现代大型风力机风轮直径通常在 70 120 m。 风电机组间隔通常为 200 800 m， 而大型风电工程的地域跨度可达 1
27、0 30 km。 在这一总区域内， 要做到风电机组优化布置和准确估计发电量， 就必须有标志各种变化的详细地图。垂直维度也非常重要。 风速随高度的变化称为风切变 （ wind shear） 。 多数地点的风切变是正值， 意味着风速随高度增加而加大， 因为地面阻力的影响减小了。 了解风切变对于把在一个高度 （ 如测风塔顶部） 的风速测量值变换到另一高度 （ 如风力机轮毂高度） 相当重要。 极端风切变 （ 无论正负） 都会导致风电机组部件磨损和发电量损失。 风切变测量可以是在测风塔不止一个高度同时读取风速， 也可以使用 Sodar（ sonicdetection and ranging， 声雷达）
28、或 Lidar（ lightdetection and ran- ging， 光雷达） 等遥感装置。1.2.3 风资源的其他特性尽管风速是风资源的主导特性， 但某些其他特性也很重要， 如风向、 空气密度、 覆冰频度等。 要想准确估计发电量， 这些特性都必须正确描述。风向的频率分布是优化风力机布局的关键。 为降低风力机之间的尾流干扰（ 在后面说明） ， 风力机在主导风向上的间距需要大于其他方向的间距。空气密度会决定特定风速下风的可用能量： 空气密度越大， 可用能量越高， 风电机组可发出的电量越大。 空气密度主要取决于温度和海拔。风力机叶片大量覆冰会大大降低发电量， 因为它破坏了精心设计的叶片翼型
29、， 最严重时会导致风电机组停机。 覆冰的两个主要原因是冻雨和直接沉积 （ 晶冰） 。可能影响风力机性能的其他条件还有附尘、 脏污和昆虫。1.3 风电场从概念上来说， 风电机组是一种简单机械 （ 见图 1 -2 ） 。 空气的运动由叶片（ 升力翼型与飞机的机翼非常相似） 转换为作用于机轴的转矩。 转矩使发电机旋转， 使电功率流入电网。然而， 这一简单画面掩盖了很多微妙的设计特性。 典型的现代大型风电机组是一种巨大而复杂的机械， 轮毂高度达 65 100 m， 风轮直径达 70 120 m， 额定容量达 1 5 MW。 风电机组必须运行可靠， 巨能在广泛风况范围内运行于最高效率。 这需要众多部件，
30、 从机舱风速计到变桨机构， 从偏航驱动到电力电子设备， 在一个集成系统内协调动作。从风资源评估角度看， 风电机组的关键特性是它的功率曲线 （ 见图 1 -3 ） 。它表示作为轮毂高度测得的风速函数的输出功率。 它的特征值有通常为 3 4 ms的切入风速， 在这一风速下， 风力机开始旋转并发电； 倾斜段， 在这一段， 输出功率随风速迅速上升； 通常为 13 15 ms的额定风速， 风电机组在这一点达到额定容量； 切出风速， 高于这一风速时， 为保护机组， 风力机控制软件将它关停。尽管运行良好的风电机组是一种精细调节的机械， 但不能认为风力机会在每个图 1-2 企业规模的风电机组 （ 来源： AW
31、S Truepower）风速下都准确发出预期功率。 例如， 叶片磨损、 脏污、 设备磨损和控制软件设置都会使风电机组偏离它的理想功率曲线。 此外， 输出功率还取决于风况， 如湍流、 风轮两侧的风速变化、 风流场相对于水平面的倾斜等。 把这些变化考虑在内是估计发电量过程的一部分， 要从对风资源的详细理解入手。图 1-3 一台 1.5MW 风电机组在两种空气密度下的典型功率曲线风电场从概念上说也很简单： 它只是一个风电机组阵列， 通过集电系统与电网相连 （ 见图 1 -4 ） 。 然而， 风电工程设计经常必须在风电场总出力与其总造价之间做出权衡。这一过程首先要详细描述风资源在场址的分布， 并以测量
32、和某种空间建模来支持。 对于地形复杂和地面覆被情况变化很大的场址， 这很可能是一个重大的技术挑战。 使问题更加复杂的还有风电机组之间的尾流 （ 或阵列） 干扰。 当风力机从风中汲取能量时， 会在它后方产生一个风速降低和湍流加大的区域 （ 见图 1 -5 ） 。 在这一尾流内的任何风力机发出的电量都会低于没有上风风力机时的情况。 幸运的是尾流会随着下风距离增大而膨胀和消散， 因为湍流会与周边未受扰动的风流场交换能量。 所有风电机组产生的尾流对风电场发电量的影响通常用专门的尾流模型估算。图 1-4 一个拟议风电场的布局 （ 来源： AWS Truepower）1.4 本书的宗旨和结构如已经看到的，
33、 设计风电工程、 估算它的发电量取决于对风资源详细和准确的评估， 这也是本书的起点。 本书首先是向从业人员和学生提供得到认可的对于企业规模风电场的风资源评估方法的指导。 它的目标不是在每个方面都表现出一致性， 相反， 本书经常特别指出可用方法中存在合理变化甚至不一致的领域。 尽管如此，图 1-5 难得一见的海上风电场风力机尾流证据。 每台风力机后面不断增大的湍流导致空气中水汽凝结成小水滴， 形成可见的凝结尾。 每个尾流的风速也降低了。（ 来源： Vattenfall拥有的 HornsRev1 风电场； 摄影： Christian Steiness）变化范围是有限的。 在某些情况下， 一个铁塔上
34、安装两台不同高度的风速计是可接受的， 极少只安装一台。 使用新的与众不同的大气模型可能不错， 但如果它的结果没有可靠的测量为根据或没对模型准确性迸行验证就毫无用处。 我们希望读者从本书得到的收益是清楚理解这些界限。只要可能， 本书就会超出一般菜单性内容， 说明那些得到验证的技术的概念和原理。 我们希望， 这可以使读者在条件偏离理想状况 （ 这是经常发生的） 时能做出自己的判断。 本书并不力图写成面面俱到的风资源评估综合参考资料。 对那些引人关注的课题， 可以参阅国际电工委员会 （ InternationalElectrotechnicalCommis- sion， IEC） 出版的标准、 世界
35、各地每年都举办的风电会议的论文和大量书籍以及互联网上的资源。本书结构是按风资源评估的主要阶段顺序安排的。 前面几章的重点是风资源测量工作的基本要素。 首先概述风资源评估过程， 然后论述选址、 测量参数和测风塔仪表、 测风塔安装维护及数据采集和处理。 这一部分的最后一章第 8 章重点介绍遥感 （ Lidar和 Sodar） 。下一部分各章介绍风资源数据分析。 首先说明质量控制 （ QualityControl， QC）和验证， 然后介绍观测风资源的特征描述。 随后各章包括风资源外推到轮毂高度， 把短期测量修正到长期历史条件及风流场建模。 第 14 章专门论述海上场址各专题。第 15 章讨论风资源
36、估计的不确定性， 包括各类不确定性及它们的典型值。 最后一章第 16 章概述风电工程设计及估算长期平均发电量的步骤。多数章节给出了供课堂使用的讨论题并提出了深入阅读建议。1.5 讨论题1. 地球表面不同地点产生压力梯度 （ 压力差） 的主要原因是什么？ 压力梯度增大时， 风通常会怎样变化？2. 影响地表附近风速和风向的三种主要机制是什么？3. 给出两个中尺度大气循环的例子。 你所在国家或地区存在这些机制吗？ 如果存在， 在哪里？4. 草原和森林， 哪一个表面粗糙度大？ 如果其他条件都相同， 那么这种差别可能怎样影响风力机高度的风速？5. 什么是湍流？ 它发生在什么时间尺度上？ 湍流对风电机组出
37、力有何影响？6. 什么是风切变？ 它为什么重要？7. 估计一台风电机组发电量需要知道哪些风资源参数？ 设计不止一台风力机的风电场时， 为什么必须知道主导风向？8. 空气密度与风所能产生的能量的关系如何？深入阅读建议第 2 章风资源评估活动概述风资源评估活动像其他技术项目一样， 也需要在一组明确目标指引下仔细规划和协调。 它经常受到紧张的预算和迸度的限制。 它的最终成功依靠项目的集合资产， 即正确的选址和测量技术、 训练有素的队伍、 优质设备、 正确的数据分析和建模技术。本章概述风资源评估活动的设计和实施， 并说明这些概念在本书哪些章节讨论。 应该指出， 风资源评估只是企业规模风电工程的寿命循环
38、中的第一步。 本书没有论述的其他主要步骤示于图 2 -1 ， 包括许可申请、 融资、 建设、 运行和退役。 要了解风资源评估阶段以外的风电工程知识， 读者可以查阅 “ 深入阅读建议” 一节列举的资源。风资源评估活动可分为三个主要阶段： 场址确认、 资源监测和资源分析。图 2-1 企业规模风电工程的寿命循环 （ 来源： AWS Truepower）2.1 场址确认风资源评估活动的第一步是确认一个或多个备选风电工程场址。 这可能涉及勘察较大区域 （ 如一个县， 一个省或州， 或一个国家） 。 最主要的关注问题通常是风资源。 它可以用风资源地图或公开发布的风况数据估计。 需要关注的其他问题可能包括市
39、场条件、 输电接入和容量、 场址可施工情况和迸入条件、 社区和政府支持情况以及环境和文化敏感性等。 场址筛选技术和判据将在第 3 章说明。完成第一步之后， 建议收集和编制地理信息系统 （ GeographicInformation Sys- tem， GIS） 的地理数据。 GIS 项目创建完成后， 以有效的系统方法用适当的判据选择备选场址。 创建 GIS 项目的另一个优点是一旦选好备选场址， 就可以在视在环境中迸行风能监测活动设计并迸而迸行风电工程设计的很多工作。第 2 章风资源评沽活动概述17无论是否使用 GIS， 场址的最终选择都需要通过对场址的实际考察来获得信息， 以确认据以选择的物理
40、条件 （ 如道路和输电线位置情况） ， 对政治、 监管、 文化及对项目开发可能有帮助或妨碍的其他因素迸行第一手评估。2.2 风资源监测备选场址一旦确认， 第二步工作是风资源测量和特征描述。 测风塔多半要在这一阶段安装。 最常见的监测目标如下：1） ） 确认是否有足够的风资源， 以确定继续调研的合理性；2） ） 在各备选场址之间比较和排序；3） ） 获得供不同型号风电机组的性能和经济可行性估计的代表性数据；4） ） 奠定风资源分析的坚实基础。将在第 3 8 章介绍支持本阶段风资源评估活动的信息和建议， 包括设计和迸行全部测量项目的指导意见。2.2.1 风况监测活动设计风况监测活动的总目标是获得对
41、风资源的可能最佳了解， 它的涵盖范围是从风力机风轮顶部到底部及与工程预算和迸度一致的整个工程区域。 做到这一点的方法是在适当位置架设气象杆塔 （ 测风塔） 和安装陆基遥感系统， 以获取可以描述风资源的足够数据。 第 3 5 章会给出用高杆塔设计风况监测活动的指南； 第 8 章讨论遥感系统。1. 测风塔数量和布置决定安装多少测风塔以及它们安装在项目区域的什么地方时， 主要目的是降低风电机组潜在位置的风资源不确定性。 满足这一目标要求不仅需要监测风力最强的地方， 还要捕捉风资源的全部多样性， 风力机最可能经受的最差到最好的风况。 在做出决定时， 工程区域大小、 地势、 士地覆被情况及其他因素等都需要考虑。 对测风塔数量和布置的建议在第 3 章介绍。2. 仪器高度风资源测量在风力机轮毅高度迸行， 而不是将较低处的测量结果外推， 这可以降低发电量估算的不确定性。 高度选择取决于一系列因素， 包括工程规模、 测风塔成本、 当地规定 （ 如与航空有关的高度限制） 以及对场址风切变的了解等。 如果对风切变有充分了解， 那么架设极高测风塔的价值就降低了； 另一方面， 如果风切变特征很难描述， 架设这种杆塔就