一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，包括步骤1，收集基本资料；步骤2，检验基本资料；步骤3，分析测风数据；步骤4，根据分析后的测风数据制作测风资料文件；步骤5，计算各局部海域粗糙度值；步骤6，根据地形图和各局部海域粗糙度值，制作地形地貌文件；步骤7，风电场风能评估。本发明既可以实现实际工程中有关海面粗糙度简化取值的目的，又能在一定程度上解决传统匀粗糙度法在海上风能评估中计算结果准确性较低的问题，对整个风电场经济效益的合理判定起着至关重要的作用。
【专利说明】
-种基于海面粗繼度的海上风电场风能评估方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种基于海面粗糖度的海上风电场风能评估方法，属于海上风电场风 能评估领域。
【背景技术】
[0002] 近几年来，海上风电场发展迅速，丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家均在建设大型海 上风电场，还有许多国家正在制定近海风电的发展计划。我国海岸线长，海上风能资源丰 富。与陆地风电场相比，海上风电场具有节约±地资源、风速高且持续、没有复杂地形对气 流的影响等优点。众所周知，风电场的风能资源是影响风电场的经济效益的一个重要因素， 风能资源的测量与评估是建设风电场成败的关键所在，尤其是对于投资风险更大的海上风 电场，如何可靠地测量与预测海上风电场的风能资源情况显得尤为重要。
[0003] 海面粗糖度是影响海上风能评估的一个重要参数，与陆地粗糖度不同的是，海面 粗糖度不稳定，主要取决于实时波浪的大小，而风与波浪之间的互相作用又受到风速、水 深、离岸距离、大气稳定等因素的影响。然而，目前在海上风能资源评估中未充分考虑到运 些因素，尤其在实际工程应用中大多都是简单地将海面粗糖度一律确定为零或一个均值。 将传统的零粗糖度或均值计算方法应用于实际海上风电工程虽然非常简单方便，但该方法 通常存在W偏概全的缺陷，尤其对于有特殊变化的局部海域来说，风能评估结果往往不能 准确反映该局部区域的实际变化情况，因而对整个风电场经济效益评估的准确性存在较大 影响。
[0004] 那么在实际海上风电工程中，如何利用普遍易得的基本工程资料来设置粗糖度 值、体现不同海域粗糖度变化情况并提高整体风能评估结果的准确性?随着海上风电的发 展，此问题更加突出，急需得到解决。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于海面粗糖度的海上风电场风能评 估方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种基于海面粗糖度的海上风电场风能评估方法，包括W下步骤，
[000引步骤1，收集基本资料；
[0009] 所述基本资料包括研究海域内所有测风塔/气象站的测风数据、场址区域及附近 海域的地形图；
[0010] 步骤2,检验基本资料；
[0011] 步骤3,分析测风数据；
[0012] 步骤4,根据分析后的测风数据制作测风资料文件；
[0013] 步骤5,计算各局部海域粗糖度值；
[0014] 步骤6,根据地形图和各局部海域粗糖度值，制作地形地貌文件；
[001引步骤7,风电场风能评估。
[0016] 基本资料检验包括测风数据有效完整性检验和地形图准确性检验;测风数据有效 完整性检验是指对各测风塔/气象站的测风数据分别进行统计分析，剔除缺测和无效测风 数据后，分别计算各测风塔/气象站的测风数据有效完整率是否大于K%，若满足要求，则测 风数据检验合格，否则对不满足要求的测风塔/气象站中的缺测和无效测风数据进行插补 修正，然后重新检验直至全部测风塔/气象站的测风数据有效完整率大于K%;地形图准确 性检验是指对收集的地形图是否涵盖场址区域及附近海域的真实情况、有无关键地形的缺 测问题进行核实，若地形图准确全面，则进行下一步计算，否则重新获取所缺的地形图。
[0017] κ = 90。
[0018] 步骤5中，计算各局部海域粗糖度值的过程为，
[0019] 首先根据分析后的测风数据计算L米高度平均风速诗，然后根据公式4二./'(巧'） 计算各局部海域粗糖度值；
[0020] 其中i表示各测风塔/气象站编号，ζ?为海域粗糖度值，f( ·)表示一种W海上L米 高度实测风速为变量的函数表达式。
[0021] L=10。
[0022] 步骤6中，制作地形地貌文件的过程为，
[0023] 首先根据准确的地形图W及各局部海域的粗糖度计算值，初步绘制场址区域及附 近海域的粗糖度线，并定出粗糖度线两侧的粗糖度值;然后W某个测风点的测风资料文件 为基础采用风资源模拟软件推出整个区域风资源模拟计算结果;最后检验其他测风点处风 速的模拟计算值与实测值的误差是否小于ε，若不满足误差要求，则调整粗糖度线形状及位 置，并重新对粗糖度线进行赋值，重新进行整个区域风资源模拟计算，直到其他测风点风速 的模拟计算值与实测值的误差小于ε为止。
[0024] 1%<ε<1.5%。
[0025] 本发明所达到的有益效果：1、本发明对前期海上基本资料的需求相对比较简单常 规，容易获取，运给实际工程中前期资料的准备工作带来了较大便利，在一定程度上能够缩 短资料收集时间，降低工作难度;2、本发明可W实现实际工程中有关海面粗糖度简化取值 的目的，并通过不断调整粗糖度线的方式使得模拟出的局部海域粗糖度变化规律更接近实 际情况，避免了传统匀粗糖度法通常存在的W偏概全的缺陷，尤其是针对有特殊变化的局 部海域，对提高整个海上区域风能评估结果的准确性具有非常明显的优势，为工程项目的 开展提供了参考;3、本发明经过几个典型海上风电工程的实施证明，风能资源评估结果比 较接近真实值，可操作性强，操作过程也比较简单方便，为海上风电工程风能资源的初步评 估提供理论帮助。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步描述。W下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能w此来限制本发明的保护范围。
[00%]如图1所示，一种基于海面粗糖度的海上风电场风能评估方法，包括W下步骤：
[0029] 步骤1，收集基本资料。
[0030] 基本资料包括研究海域内所有测风塔/气象站的测风数据、场址区域及附近海域 的地形图。
[0031] 步骤2,检验基本资料。
[0032] 收集的基本资料是否全面、能否直接使用需要经过检验确定，是确保后续工作正 确开展的前提，基本资料检验包括测风数据有效完整性检验和地形图准确性检验。
[0033] 测风数据有效完整性检验是指对各测风塔/气象站的测风数据分别进行统计分 析，剔除缺测和无效测风数据后，分别计算各测风塔/气象站的测风数据有效完整率是否大 于K%，若满足要求，则测风数据检验合格，否则对不满足要求的测风塔/气象站中的缺测和 无效测风数据进行插补修正，然后重新检验直至全部测风塔/气象站的测风数据有效完整 率大于K%，其中K最优取值为90。
[0034] 地形图准确性检验是指对收集的地形图是否涵盖场址区域及附近海域的真实情 况、有无关键地形的缺测问题进行核实，若地形图准确全面，则进行下一步计算，否则重新 获取所缺的地形图。
[0(X3日]步骤3,分析测风数据。
[0036] 步骤4,根据分析后的测风数据制作测风资料文件。
[0037] 步骤5,计算各局部海域粗糖度值。
[0038] 计算各局部海域粗糖度值的过程为：
[0039] 首先根据分析后的测风数据计算L米高度平均风速砖，然后根据公式4 =/(?) 计算各局部海域粗糖度值，；
[0040] 其中i表示各测风塔/气象站编号，4为海域粗糖度值，f( ·)表示一种W海上L米高度 实测风速为变量的函数表达式，L最优取值夫
， k为vonkarman常数，大部分学者认为近似取0.35。
[0041 ]步骤6，根据地形图和各局部海域粗糖度值，制作地形地貌文件。
[0042] 制作的地形地貌文件准确性是否高是影响海上风电场风能评估结果准确性的重 要制约因素，关键在于如何将现有的地形图资料处理成适用于软件计算的等效文件。
[0043] 制作地形地貌文件的过程为：
[0044] 首先根据准确的地形图W及各局部海域的粗糖度计算值，初步绘制场址区域及附 近海域的粗糖度线，并定出粗糖度线两侧的粗糖度值;然后W某个测风点的测风资料文件 为基础采用风资源模拟软件推出整个区域风资源模拟计算结果;最后检验其他测风点处风 速的模拟计算值与实测值的误差是否小于ε，若不满足误差要求，则调整粗糖度线形状及位 置，并重新对粗糖度线进行赋值，重新进行整个区域风资源模拟计算，直到其他测风点风速 的模拟计算值与实测值的误差小于ε为止;其中，5%，当测点风速较大时，建议ε 取下限值，当测点风速较大时，建议ε取上限值，具体ε的取值判定标准可根据实际情况在 1%~1.5%范围内自行设定。
[0045] 步骤7,风电场风能评估。
[0046] 上述不仅对前期海上基本资料的要求相对较低，还可W实现实际工程中有关海面 粗糖度简化取值的目的，与传统的匀粗糖度计算方法相比，通过不断调整粗糖度线的方式 使得模拟出的局部海域粗糖度变化规律更接近实际情况，避免传统匀粗糖度法通常存在的 W偏概全的缺陷，尤其是针对有特殊变化的局部海域，对提高整个海上区域风能评估结果 的准确性具有非常明显的优势，为相关海上风电工程项目的开展提供了参考，经过几个典 型海上风电工程的实施证明，风能资源评估结果比较接近真实值，可操作性强，操作过程也 比较简单方便，为海上风电工程风能资源的初步评估提供理论帮助。
[0047] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可W做出若干改进和变形，运些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤1，收集基本资料； 所述基本资料包括研究海域内所有测风塔/气象站的测风数据、场址区域及附近海域 的地形图； 步骤2,检验基本资料； 步骤3,分析测风数据； 步骤4,根据分析后的测风数据制作测风资料文件； 步骤5，计算各局部海域粗糙度值； 步骤6，根据地形图和各局部海域粗糙度值，制作地形地貌文件； 步骤7,风电场风能评估。2. 根据权利要求1所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于:基本资料检验包括测风数据有效完整性检验和地形图准确性检验； 测风数据有效完整性检验是指对各测风塔/气象站的测风数据分别进行统计分析，剔 除缺测和无效测风数据后，分别计算各测风塔/气象站的测风数据有效完整率是否大于 K%，若满足要求，则测风数据检验合格，否则对不满足要求的测风塔/气象站中的缺测和无 效测风数据进行插补修正，然后重新检验直至全部测风塔/气象站的测风数据有效完整率 大于K% ; 地形图准确性检验是指对收集的地形图是否涵盖场址区域及附近海域的真实情况、有 无关键地形的缺测问题进行核实，若地形图准确全面，则进行下一步计算，否则重新获取所 缺的地形图。3. 根据权利要求2所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于:K = 90。4. 根据权利要求1所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于:步骤5中，计算各局部海域粗糙度值的过程为， 首先根据分析后的测风数据计算L米高度平均风速穴，然后根据公式4 =/(?)计算 各局部海域粗糙度值； 其中i表示各测风塔/气象站编号，ζ?为海域粗糙度值，f( ·)表示一种以海上L米高度 实测风速为变量的函数表达式。5. 根据权利要求4所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于:L=10〇6. 根据权利要求1所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于:步骤6中，制作地形地貌文件的过程为， 首先根据准确的地形图以及各局部海域的粗糙度计算值，初步绘制场址区域及附近海 域的粗糙度线，并定出粗糙度线两侧的粗糙度值;然后以某个测风点的测风资料文件为基 础采用风资源模拟软件推出整个区域风资源模拟计算结果;最后检验其他测风点处风速的 模拟计算值与实测值的误差是否小于ε，若不满足误差要求，则调整粗糙度线形状及位置， 并重新对粗糙度线进行赋值，重新进行整个区域风资源模拟计算，直到其他测风点风速的 模拟计算值与实测值的误差小于ε为止。7.根据权利要求6所述的一种基于海面粗糙度的海上风电场风能评估方法，其特征在 于：1%《ε《1.5%〇
【文档编号】G06Q50/06GK105825438SQ201610209440
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】彭秀芳, 项雯, 刘欣良, 李剑锋
【申请人】中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司