GBT18709-2002风电场风能资源评估方法

ICS 27.180 F 11 G日 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 cB/T 18710--2002 风电场风能资源评估方法 Methodology of wind energy resource assessment for wind farm 2002一04一28发布 2002一10一01实施 中 华 人 民 共 和 匡 国家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 媛 GB/T 18710-2002 目 次 刚 舀 ··。······················。。·····。··。·····························。·。。······························。·············。···一 1 1 范 围 ···············································································································⋯⋯ 1 2 引用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ·········································································································⋯⋯ 1 3 定义 ···············································································································⋯⋯ 7 4 测风数据要求 ···································································································⋯⋯ 2 5 测风数据处理 ···································································································⋯⋯ 3 6风能资源评估的参考判据 ········································································⋯⋯’二““’·“‘5 附录A(提示的附录) 数据订正的方法 ·····································································⋯⋯ 7 附录B(标准的附录) 风况参数的计算方法 ·································································⋯⋯ 7 附录C(提示的附录) 订正后的风况数据报告格式(示例卜···············································⋯⋯ 9 附录 D(提示 的附录) 风况 图格式 (示例)··································································⋯⋯ 10 GB/T 18710-2002 前 言 本标准是在总结我国风电场项目选址过程中评估风能资源的经验基础上，参考国外有关标准和规 范编制的。主要有美国风能协会标准AWEA8. 2-1993《推荐的风能转换系统选址方法(RECOM- MENDED PRACTICE FOR THE SITING OF WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS) ))，以及 美国国家可再生能源实验室 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 NREL/SR-440-22223《风能资源评估手册(WIND RESOURCE AS- SESSMENT HANDBOOK)), 本标准的附录B是标准的附录，附录A、附录C和附录D是提示的附录 本标准 由科学 技术部、国家 电力公司提 出。 本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源和可再生能源分技术委员会归口。 本标准由中国水利水电建设 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 咨询公司负责起草。 本标 准主要起草人:施鹏 匕、朱瑞兆、娄慧英 、易跃春 、刘文峰、谢宏文 。 中华 人 民共 和 国 国家 标准 风电场风能资源评估方法 Methodology of wind energy resource assessment for wind farm GB/T 18710-2002 范围 本标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 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、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 本标准适用 于风电场风能资源评估。 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均 为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T 18709-2002 风电场风能资源测量方法 定义 本标准采用下列定义。 3.1风场 wind site 拟进行风能资源开发利用的场地、区域或范围。 3.2 风电场 wind farm 由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。 3. 3风功率密度 wind power density 与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。 3.4风能密度 wind energy density 在设定时段与风向垂直的单位面积中风所具有的能量。 15风速 wind speed 空间特定点的风速为该点周围气体微团的移动速度。 3. 6平均风速 average wind speed 给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等 3.7最大风速 maximum wind speed 10 min平均风速的最大值。 3.8极大风速 extreme wind speed 瞬时风速的最大值。 3. 9风速分布 wind speed distribution 用于描述连续时限内风速概率分布的分布函数。 3.10威布尔分布 Weibull distribution 经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于两个参数，控制分布宽度的形状参数和控制平均风 中华人 民共和国国家质量监督检验检疫总局 2002-04-28发布 2002-10-01实施 cB/T 18710-2002 速分布的尺度参数。 3.11瑞利分布 Rayleigh distribution 经常用于风速的概率分布函数.分布函数取决于一个调节参数，即控制平均风速分布的尺度参数 注:瑞利分布是形状参数等于 2的威布尔分布。 3.12 日变化 diurnal variation 以日为基数发生的变化。月或年的风速(或风功率密度)日变化是求出一个月或一年内。每日同一钟 点风速的月平均值或年平均值，得到。点到23点的风速(或风功率密度)变化。 3.13 年变化 annual variation 以年为基数发生的变化。风速(或风功率密度)年变化是从1月到12月的月平均风速(或风功率密 度)变化 3.14 年际变化 interannual variation 以30年为基数发生的变化。风速年际变化是从第1年到第30年的年平均风速变化。 3.15 风切变 wind shear 风速在垂直于风向平面内的变化。 3.16 风切变幂律 power law for wind shear 表示风速随离地面高度以幂定律关系变化的数学式 3.17 风切变指数 wind shear exponent 通常用于描述风速剖面线形状的幂定律指数 3.18湍流强度 turbulence intensity 风速的标准偏差与平均风速的比率。用同一组测量数据和规定的周期进行计算。 3.19轮毅高度 hub height 从地面到风轮 扫掠 面中心的高度 测风数据要求 4.1 风场附近气象站、海洋站等长期测站的测风数据 4.1 . 1 在收集长期测站的测风数据时应对站址现状和过去的变化情况进行考察，包括观测 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 数据的 测风仪tj号、安装高度和周围障碍物情况(如树木和建筑物的高度，与测风杆的距离等)，以及建站以来 站址、测风仪器及其安装位T.周围环境变动的时间和情况等 注:气象部门和海洋站保存有规范的测风记录 标准观测高度距离地面 10 m. 197。年以后主要采用EL自记风速 仪，以正点前 10 mm测量的风速平均值代表这一个小时的平均风速。年平均风速是全年逐小时风速的平均值 4.1.2 应收集长期测站以下数据: a)有代表性的连续30年的逐年平均风速和各月平均风速。 注 应分析由于气象站的各种变化对风速记录数据的影响 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 注:本标准中逐小时风速、风向、温度和气压数据分别是每个小时的平均风速、出现频率最大的风向 平均温度和平 均气压 4.2 风场测风数据 应按照GB月’18709的规定进行侧风，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。 cs/T 18710-2002 测风数据处理 5.1 总则 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。 52 数据验证 5.2.1 目的 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 5.2.2 数据检验 5.22门 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 5.2.2.2 合理性检验 a)范围检验，主要参数的合理范围参考值见表1, b)相关性检验，主要参数的合理相关性参考值见表2 c)趋势检验，主要参数的合理变化趋势参考值见表30 表1 主要参数的合理范围参考值 主要参数 合理范 围 平均风速 06小时平均值<切 m八 风向 。(小时平均值<360, 平均气压〔海平面 ) 91 kPa<小时平均值<106 kPa 表 2 主要参数的合理相关性参考值 主要参数 合理相关性 5Om/30 m高度小时平均风速差值 < 2.0 m/s 30 m/10 m高度小时平均风速差值 <4. 0 m/s 50 m/30 m高度风向差值 < 22. 5' 表 3 主要参数的合理变化趋势参考值 主要参数 { 合理变化趋势 1h平均风速变化 1h平均温度变化 3h平均气压变化 < 6 m/. < 5( < 1 kPa 注 各地气候条件和风况变化很大，三个表中所列参数范围供检验时参考，在数据超出范围时应根据当地风况特点 加以分析判断 5.2.3 不合理数据和缺测数据的处理 5.2.3. 1 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。 5.2. 3.2 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。 5.2. 3. 3 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。 5.2.4 计算测风有效数据的完整率，有效数据完整率应达到90 Y 有效数据完整率按式(1)计算: GB/T 18710-2002 有效 数据 完整率 = 应测数 目 一 缺测数 目 一 无效数据数 目应测数 目 x 100 ···⋯⋯(1) 式中:应测数目— 测量期间小时数; 缺测数目-一没有记录到的小时平均值数目; 无效数据数目— 确认为不合理的小时平均值数目。 5.2.5 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，并注明这套数据的有效数据完整率。 编写数据验证报告，对确认为无效数据的原因应注明，替换的数值应注明来源 此外，宜包括实测的逐小时平均气温(可选)和逐小时平均气压(可选)。 5.3 数据订正 5.3.1 日的 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。 5.3.2 当地长期测站宜具备以下条件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。 5.3. 3 应收集的长期测站有关数据见4. 1.2. 5.3.4 数据订正的方法见附录Ao 5.4 数据处理 5.4. 1 目的 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 5.4.2 平均风速和风功率密度 月平均、年平均;各月同一钟点(每日。点~23点)平均、全年同一钟点平均。 风功率密度的计算方法见附录Blo 5.4. 3 风速和风能频率分布 以1 m/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5 m/s风速区间为4. 6 m/s-5.5 m/s, 5.4.4 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 风能密度的计算方法见附录B2 注:出现频率最高的风向可能由于风速小，不一定是风能密度最大的方向 5.4. 5 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方法见附录B3, 如果没有不同高度的实测风速数据，风切变指数a取1/7(0.143)作为近似值 注:近地层任意高度的风速，可以根据风切变指数和仪器安装高度测得的风速推算出来。估算风力发电机组发电量 时需要推算出轮毅高度处的风况。 5.46 湍流强度 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 GB/'r 18710-2002 强度 ((I)。 5.4. 6.1 湍流强度的计算方法见附录B中的B4o 5.4.6.2 逐小时湍流强度 逐小时湍流强度是以1h内最大的10 min湍流强度作为该小时的代表值。 5.4.7 订正后的风况数据报告格式 (示例)见 附录 C 6 风能资源评估的参考判据 6.1 编制风况图表 将5. 4条中处理好的各种风况参数绘制成图形。主要分为年风况和月风况两大类。风况图格式(示 例)见附录D 6 1门 年风况 a)全年的风速和风功率日变化曲线图; b)风速和风功率的年变化曲线图; c)全年的风速和风能频率分布直方图; d)全年的风向和风能玫瑰图。 6.1.2 月风况 二)各月的风速和风功率日变化曲线图; b)各月的风向和风能玫瑰图。 6门.3 相关长期测站 风况 a)与风场测风塔同期的风速年变化直方图; b)连续2。年一30年的风速年际变化直方图。 注:将各种风况参数绘制成图形能够更直观地看出风场的风速、风向和风能的变化，便于和当地的地形条件、电力 负荷曲线等比较，判断是否有利于风力发电机组的排列、风电场输出电力的变化是否接近负荷需求的变化等。 6.2 风能资源评估的参考判据 6.2. 1 风功率密度 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4。应注意表4中风速参考值依据的标准条件(见表4的注1、注2)与风场实际条件的差别。 表 4 风功率密度等级表 GB/T 18710-2002 6.2.2 风向频率 及风能密度方向分布 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。 在山区主风向与山脊走向垂直为最好。 6.2.3 风速的日变化和年变化 用各月的风速(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 的电网日负荷曲线对比;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。 6.2.4 湍流强度 IT值在。.10或以下表示湍流相对较小，中等程度湍流的IT值为0.10-0. 25，更高的介值表明湍 流过大 。 注:风场的湍流特征很重要，因为它对风力发电机组性能有不利影响，主要是减少输出功率，还可能引起极端荷载， 最终削弱和破坏风力发电机组 6.2.5 其他气象因素 特殊的大气条件要对风力发电机组提出特殊的要求，会增加成本和运行的困难，如最大风速超过 40 m/s或极大风速超过60 m/s，气温低于零下20 C，积雪、积冰、雷暴、盐雾或沙尘多发地区等。 GB/'r 18710- 2002 附 录 A (提示的附录) 数据订正的方法 将风场短期测风数据订正为代表年风况数据的方法如下: 1)作风场测站与对应年份的长期测站各风向象限的风速相关曲线 某一风向象限内风速相关曲线 的具体作法是:建一直角坐标系，横坐标轴为长期测站风速，纵坐标轴为风场测站的风速。取风场测站在 该象限内的某一风速值(某一风速值在一个风向象限内一般有许多个，分别出现在不同时刻)为纵坐标， 找出长期测站各对应时刻的风速值(这些风速值不一定相同，风向也不一定与风场测站相对应)，求其平 均值作为横坐标即可定出相关曲线的一个点 对风场测站在该象限内的其余每一个风速重复上述过程， 就可作出这一象限内的风速相关曲线 对其余各象限重复 r述过程，可获得is个风场测站与长期测站 的风速相 关曲线 2)对每个风速相关曲线。在横坐标轴上标明长期测站多年的年平均风速，以及与风场测站观测同 期的长期测站的年平均风速，然后在纵坐标轴上找到对应的风场测站的两个风速值，并求出这两个风速 值的代数差值(共有is个代数差值、 3)风场测站数据的各个风向象限内的每个风速都加上对应的风速代数差值，即可获得订正后的风 场测站风速风 向资料 附 录 B (标准的附录) 风况参数的计算方法 B1 风功率密度 设定时段的平均风功率密度表达式为(BL) D,一六菩(P) (v,') (B1) 式中 :D- 平均风功率密度.W/m', 、— 在设定时段内的记录数: P一空气密度，kg/m' ; v'-一 第，记录的风速(m/s)值的立方。 平均风功率密度的计算应是设定时段内逐小时风功率密度的平均值，不可用年《或月)平均风速计 算年(或月)平均风功率密度。 DWP中的P必须是当地年平均计算值。它取决于温度和压力(海拔高度)。 如果 风场测风有压力和温度的记录 ，则空气密度按式(B2)计算 : P 一 PKT (B2) 式中:P一 空气密度，kg/m'; 尸— 年平均大气压力，Pa; K— 气体常数(287 J/kg·K): T -- 年平均空气开氏温标绝对温度(c十273)0 GB/T 18710-2002 如果没有风场大气压力的实测值，空气密度可以作为海拔高度(z)和温度(T)的函数，按照式((B3) 计算出估计值: P一 (353. 05/T)exp一。Oa(s/T) (B3) 式中:P— 空气密度，kg/m'; 二— 风场的海拔高度，m; T— 年平均空气开氏温标绝对温度(C+273), B2 风能密度 风能密度表达式为式(B4) D- 合客(P) (v;)t; (B4) 式中;D-— 风能密度，(W " h)/m'; 。— 风速区间数目; P— 空气密度，kg/m'; 司— 第j个风速区间的风速(m/s)值的立方; t;— 某扇区或全方位第J个风速区间的风速发生的时间，h。 B3 风切变幂律公式和风切变指数 风切变幂律公式如式(B5): v,一(z, ........·....·一 (B5) 式中:a— 风切变指数; v3 高度z:的风速，m/s; 二— 高度二1的风速，m/s 风切变指数a用式(B6)计算: 。一lg(vz/v,) 19}z3/2;) (B6) 式中:二与v:为实测值。 B4 湍流强度的计算 10 min湍流强度按式(B7)计算: (B7) ? ???????? 式 中 寿— 湍流强度 ; 一10 min风速标准偏差,m/s; 一 10 min平均风速 ，m/s o ? ? GB/T 18710--2002 附 录 C (提示 的附录) 订正后的风 况数 据报告格式 (示例) Cl 订正后的代表年主要风况参数表 报告日期:1999年6月7日 风场 名称 x x x 测风塔编号 又 火-02 风场地点 测风塔位置 xx省 xx县 xX }E117024'11 ",N43056'23` 海拔高度/m 1838 测风数据开始日期时间 }1998年5月24日0时 有效数据完整率 94 测风数据截止日期时间 1999年5月23日23时 I1}}}}u}1+}5}k}— I二一一一丁一斗一下A-,1一丰xxwx二xgxx 相关长期侧站位置 E117024'11， N4;i0b(i Z3' { r*饭局ljE/m 一 相关长期测站与x、风场的All}A/k- { 风场主要风况参数 风功率密度/(W.1, ) 测量高度/m 一 ’ 等级 50 30 10 l 572 458 284 a 年平均风速// (m/s) 一 风切变指数 1 o.174 l 8. 1 6 7 一 1 0. 174 i 风向 发生时间 主风 向 NN、、 风场最大 20. 5 N、V 19981218 平均空气密度/(kg/m') 年平均湍流强度(50 m高度) 1. 1450. 18 风场极大 28. 3 N、V 19990226 长期测站最大 22. 4 NNVv 19780413 }长期测站极大 35. 1 NW 19820324 CZ 订正后 的代 表年风 况数据记录表 参数代 号 单位 测量高度 风速 : m /5 风向 力 度 a.b.c 湍流强度 Ir - b, a b c 1 气温了 { C 二 _ { d 澎 高度代 号 50 m {30 m 一10 m 一3m 日期 980石21 980几21 al PI00 V‘ 1) 2R8I r?0. 13I, 尸d?????? ? ?? ??? ??? ? 9.8 79父 Z'e13.4 Ol 12. 4 11 一2. 7 11 8 10.2 296 29几 0_11 :{: 飞3.2 ?? ?::一:一 :一 8.2 7 O 305 7.8 6 7 302 ::一:_{一:{: Ir 0. 15 0. 14 0 17 Ot18 GB/T 18710- 2002 附 录 D (提示的附录) 风况 图格式 (示例) D1 年风况 年风况图格式示例见图D1一图D5, 一心一 风速 刊卜 风功率密度 ~味冷于孤‘~、-一-一 ，了多卜未不杯 价 一一扮全生介七‘7左es、竺丫尸 -一一一 ~乐气 扁二扁-一二声』-一 -一 ---一一 一 一 一 节一- 图D1 全年的风速和风功率密度日变化曲线图 一令-风速 ，f ~风功率密度 护一蠢\ G"} 、 _ ， _ 一厂、、、七厂 沐二布万/\袱 斌 厂 . \ / \丫 丫 图D2 风速和风功率密度年变化曲线图 Gs/T 18710-2002 1412108 --6420 州 G0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 >26 风速/ (m/s)- 一i 二 姗嘛三一舫翩耘一一耐栅干 图D3 全年的风速和风能频率分布直方图 图D4 全年的风向玫瑰图 图DS 全年的风能玫瑰图 GB/T 18710- 2002 DZ 月风 况 月风况图格式示例见图D6-图Ds 一 — - .~ 一 一今~~风速 -a一风功率密度 、护长 _ _ _ 二36 -}V%4欣 o 曝沪虱巍巍二竺‘喃， 一__嘛一_「 {石砰Put -t-- R TA1#MA} 风速/(m/s) 4月 风功率密度/ (W/-,) 一甲一 0 24 x 810121416182022 时间/h 卜} --*- Kit二‘项动臻渝履-_ 一丝)12 8007001060085006 4004 3002002 1000 0 一。2‘6“‘。12 14 16 18 20 22时间/h 脸奋班、声沙蜘 二陋编{易之一二- 」 } !干不 而不巧云奋蔽至 一风速/(mls) ?月 风功率密度/(W/m，) 一常Aoo700soa_ 600400-rte- soozoo10000 2 9 610121416182022 }/h { W/m') 女反一一一矛玄产 }子‘ 只几哀昨和城 ，户熟1一 、‘沪示了 丫州户扩一吧 -一 弓洲甲- -、加叼泌浏广 -从沪2一一- ;{一 风速~ 风功率云度 ， 风速八Ms) 10月 风功率密度/(w阳勺 一呀一 0 2 4 6 8 !0121416182022 时间/h 一 --1卜- 风速 一翻一 风功率密度 」 rV/m2) 800 700 600声乞二一二扁 KOU 700 600 500 喊扩啼啼沐留夕矛矽 沃尹一_半一 12 Gs/T 18710-2002 N 2月 N 3月 N 4月 6月 N 8月 10月 N 11月 N 12月 图D7 各月的风向玫瑰图 73 Gs/T 18710- 2002 土月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 ，月 12月 图D8 各月的风能玫瑰图 14 GB/T 18710-2002 D3 相关 长期测站风况 相关长期测站风况图格式示例见图D9和图D10, 风速/(m/%) 42f. 1 1骊 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 篡! }I翼纂万 一l「器矍黔邻一{一i__瞿’}I I 图D9 与风场测风塔同期的相关长期测站风速年变化直方图 风速/