甘肃瓜州安北第四风电场ABC区600MW工程可行性研究报告2 风能资源.docx

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甘肃瓜州安北第四风电场ABC区600MW工程可行性研究报告2风能资源

2风能资源

批准：

宋臻

核定：

吉超盈

审查：

刘玮

校核：

牛子曦

编写：

胡己坤袁红亮

2风能资源

2.1区域风能资源概况

甘肃省风能资源理论储量为2.37亿kW，风能总储量居全国第五位。

根据全省气象站资料统计，有效风能储量由西北向东南逐渐减少，风能丰富区为河西走廊西北部酒泉地区，10m高度年平均风功率密度在150W/m２以上，有效风速时数在6000h以上。

酒泉风电基地区域南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形。

谷地呈东西走向，东部玉门市和西部瓜州县地势较低，中部安北至马鬃山一带略高，表现为较缓的马鞍型地形。

每年冬春季南下的冷空气受天山山脉的阻隔，经东天山以东的豁口折向后分别进入南疆和酒泉北部地区。

在地形作用下，进入酒泉北部的气流在马鞍型地形中部的安北至马鬃山一带得到加速，然后随着地势分别向西、向东递减。

这就形成该区域冬春季风速较大，风能资源丰富；主导风向与地形走向基本一致，瓜州县风向以东风为主，玉门市以东、西风为主。

酒泉风电基地区域风向变化图见图2.1。

图2.1酒泉风电基地区域风向变化图

2.2瓜州气象站

2.2.1气象站概况

瓜州县气象站位于瓜州县城北门外，东经95°46′，北纬40°32′，海拔高程1171m。

瓜州气象站于1951年1月设立，属国家基本气象站。

瓜州县属中温带大陆性干旱气候，根据瓜州气象站1971年～2000年30年气象资料统计，年平均气温8.8℃，年平均气压884.2hPa，年平均水汽压5.3hPa，年平均降水量53.6mm，沙尘暴日数6.9d，雷暴日数6.6d。

瓜州气象站气象要素统计表（1971～2000年）见表2.1。

安北第四风电场场址位于瓜州气象站东北约67km处，其间地形起伏不大，地形、地貌相似，为平坦的戈壁滩。

因此，本次以瓜州气象站作为安北第四风电场气象代表站。

表2.1瓜州气象站气象要素统计表（1971～2000年）

项目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

平均气压（hPa）

890.2

887.3

884.6

882.4

880.3

876.9

875.5

877.9

883.1

888.3

891.2

892.0

884.2

平均气温（℃）

-9.5

-4.4

-3.3

11.8

18.4

22.5

24.4

23.0

17.1

8.3

-0.8

-8.1

8.8

极端最高

气温（℃）

10.6

20.7

25.4

35.0

35.8

38.7

39.6

40.4

36.7

31.3

23.6

12.1

40.4

极端最低

气温（℃）

-29.1

-23.6

-19.0

-10.3

-2.9

2.2

5.9

5.3

-2.9

-15.4

-27.2

-27.5

-29.1

平均水汽压（hPa）

1.5

1.6

2.3

3.6

5.6

9.7

12.3

11.0

7.3

4.2

2.7

1.9

5.3

相对湿度（%）

52

38

31

28

29

38

43

42

40

40

48

56

41

降水量（mm）

0.9

0.6

3.0

3.7

3.3

10.3

13.3

11.3

2.4

2.0

1.5

1.3

53.6

平均风速（m/s）

2.9

3.5

3.9

3.7

3.5

2.9

2.6

2.8

2.7

2.5

2.8

2.6

3.0

最多风向

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

频率（％）

36

39

39

32

32

27

24

31

32

30

33

32

32

2.2.2多年年平均风速

瓜州县气象站自1951年建站以来已有60年的气象观测资料，本阶段选取近30年（1981.01～2010.12）的测风资料进行分析。

瓜州气象站近30年（1981～2010）年平均风速统计值见表2.2，年平均风速变化直方图见图2.2。

分析瓜州县气象站年平均风速的年际变化，2005年平均风速突然增大。

经调查发现，瓜州气象站2003年前风速测量一直采用人工站记录方式，人工站测风仪为EL型，高度10.6m。

于2003年开始人工站和自动站并行记录，自动站测风仪为EL15-2/2A型，高度为10.6m，人工站和自动站互为备份。

2005年前平均风速统计采用人工记录数据，2005年1月开始采用自动记录数据。

经对比分析2004年人工和自动同期记录数据，人工比自动记录风速平均小0.5m/s左右。

而2008年3、4月份瓜州气象站附近又砍伐了部分10余米高的白杨树，对气象站测风有一定影响。

初步分析砍伐白杨树后风速记录平均增大0.15m/s左右。

本次将2005年1月～2008年3月平均风速减去0.5m/s，又将2008年4月～2010年12月平均风速减去0.65m/s后和2005年以前的平均风速组成一个系列进行分析。

从图表中可以看出，从上世纪80年代到现在，瓜州气象站年平均风速有逐渐减少的趋势，与全国其它气象站近年来的变化基本一致。

瓜州气象站近30年平均风速为2.55m/s，近20年平均风速为2.34m/s，近10年平均风速为2.25m/s。

表2.2瓜州气象站30年（1981～2010）年平均风速统计表

年份

平均风速（m/s）

年份

平均风速（m/s）

1981

3.48

1997

2.51

1982

3.33

1998

1.98

1983

2.95

1999

2.28

1984

3.03

2000

2.13

1985

2.95

2001

2.39

1986

3.03

2002

2.38

1987

2.69

2003

1.98

1988

2.79

2004

2.03

1989

2.85

2005

2.04（2.54）

1990

2.72

2006

1.96（2.46）

1991

2.87

2007

2.14（2.64）

1992

2.63

2008

2.47（3.08）

1993

2.50

2009

2.74（3.39）

1994

2.39

2010

2.39（3.04）

1995

2.33

均值

2.55（2.67）

1996

2.63

备注：

（）内为原始记录数据。

备注：

红色为原始记录数据

图2.2瓜州气象站近30年（1981～2010）年平均风速变化直方图

2.2.3月平均风速

瓜州气象站近30年（1981～2010）各月平均风速统计见表2.3，各月平均风速变化直方图见图2.3。

由图表中可以看出，该地区2月～5月风速较大，7月～10月风速较小，即冬春季风大，夏秋季风小。

表2.3瓜州气象站近30年（1981～2010）各月平均风速统计表

风速：

m/s

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

平均

风速

2.4

3.0

3.4

3.3

2.9

2.3

2.2

2.2

2.3

2.0

2.3

2.3

2.55

图2.3瓜州气象站近30年（1981～2010）月平均风速变化直方图

2.2.4风向玫瑰图

根据瓜州气象站资料，瓜州气象站风向玫瑰图见图2.4。

从图2.4可看出，瓜州气象站以东风为主。

图2.4瓜州气象站风向玫瑰图

2.3风电场测风资料

2.3.1测风塔情况

为开发酒泉风电基地风能资源，近年在该区域设立了50多座测风塔，其中在安北第四风电场场址内设立了3座测风塔，塔高均为70m，其中A区测风塔编号8158#、B区测风塔编号7411#、C区测风塔编号8601#，测风时间均在一年以上。

安北第四风电场各测风塔基本情况见表2.4，各测风塔地理位置图见图2.5。

表2.4安北第四风电场各测风塔基本情况表

塔号

塔高

测风时段

经纬度坐标

高程

测风塔配置

仪器

所在

区域

8158#

70m

2008-09-01

～

2011-04-28

N:

40°48′39″

E:

96°31′20″

1566m

风速：

10、30、50、70

风向：

10、70

NRG

A区

7411#

70m

2008-09-01

～

2011-04-27

N:

40°44′28″

E:

96°31′18″

1494m

风速：

10、30、50、70

风向：

10、70

NRG

B区

8601#

70m

2008-08-25

～

2011-04-28

N:

40°45′33″

E:

96°24′46″

1500m

风速：

10、30、50、70

风向：

10、70

NRG

C区

图2.5安北第四风电场测风塔地理位置图

2.3.2测风数据检验与处理

为了有效评估本风电场风能资源，本次对8158#、7411#和8601#测风塔所有测风数据和2009年一整年的测风数据分别进行检验，对其完整性和合理性进行了判断，检验出不合理的数据和缺测的数据。

按照GB/T18710-2002《风电场风能资源评价办法》，采用北京木联能软件公司编制的《风电场测风数据验证和评估软件》3.0版本对各测风塔的实测数据分别进行完整性检验、范围检验、相关性检验和风速变化趋势检验，检验项目如下：

（1）小时平均风速值范围为0m/s～40m/s；

（2）风向值范围0°～360°；

（3）当切入风速大于5.0m/s时，风速和风向连续6h无变化；

（4）小时平均风速变化小于6.0m/s；

（5）相隔高度在1m～20m条件下平均风速差小于2.0m/s；

（6）相隔高度在21m～40m条件下平均风速差小于4.0m/s；

（7）当切入风速大于5.0m/s时，风速标准差值小于10。

检验后列出所有不合理的数据和缺测数据及对应的时间，对不合理数据再次进行判断，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。

各测风塔数据检验结果统计见表2.5。

表2.5安北第四风电场各测风塔测风数据检验结果表

塔号

检验时段

应有

数据

缺测

数据

不合理

数据

有效数据

有效数据完整率

8158#

（A区）

2008-9-01～2011-4-28

139608

3411

5467

130730

93.64%

2008-9-01～2008-12-31

17568

0

851

16717

95.16%

2009-1-01～2009-12-31

52560

163

2027

50370

95.83%

2010-1-01～2010-12-31

52560

3174

2208

47178

89.76%

2011-1-01～2011-4-28

16920

74

381

16465

97.31%

7411#

（B区）

2008-9-01～2011-4-27

139536

1512

3410

134614

96.47%

2008-9-01～2008-12-31

17568

0

492

17076

97.20%

2009-1-01～2009-12-31

52560

432

1296

50832

96.71%

2010-1-01～2010-12-31

52560

1080

1400

50080

95.28%

2011-1-01～2011-4-27

16848

0

222

16626

98.68%

8601#

（C区）

2008-8-25～2011-4-28

140538

9992

5015

125531

89.32%

2008-8-25～2008-12-31

18492

1

863

17628

95.33%

2009-1-01～2009-12-31

52560

9108

1356

42096

80.09%

2010-1-01～2010-12-31

52560

738

1579

50243

95.59%

2011-1-01～2011-4-28

16926

145

406

16375

96.74%

其中，8158#测风塔各高度风速资料在2010.10.22～2010.10.31和2010.11.6～2010.11.13时间段内缺测；8601#测风塔各高度风速资料在2009.1.11～2009.3.14缺测，70m高度风速资料在2010.8.26～2010.12.3时间段内缺测。

2.3.3测风数据插补延长

对8601#与8158#、8601#与7411#、8158#与7411#测风塔70m高度2009年同期风速、风向分别进行相关分析，相关方程及相关系数见表2.6。

由表中可以看出各测风塔之间风速相关性均较好。

说明本风电场区域内风能资源基本一致。

由测风数据检验结果可以看出，8158#和7411#测风塔2009年有效数据完整率均在95%以上，满足设计要求，但8601#测风塔2009年缺测数据较多，需要对缺测部分风速数据进行插补延长。

7411#测风塔与8601#测风塔之间距离约9.4km，8158#测风塔与8601#测风塔之间距离约12km，7411#测风塔距离8601#测风塔较近，相关性较好，且有效数据完整率较高，因此考虑用7411#测风塔对8601#测风塔进行插补延长。

对8601#测风塔和7411#测风塔同期70m高度风速进行相关分析。

风速总体相关系数为0.859，相关方程为Y=0.869X+0.623，相关性较好。

8601#与7411#测风塔70m高度风速整体相关分析见图2.6、各扇区相关方程及相关系数见表2.6。

由图表可以看出，两测风塔主风向扇区相关系数在0.75以上，相关性较好。

因此本次利用7411#测风塔70m高度测风速、风向数据，对8601#测风塔2009年缺测数据进行相关插补延长，并根据插补延长后的数据进行风能资源分析与发电量估算。

8158#、7411#、8601#测风塔不同高度实测月平均风速统计见表2.7。

图2.68601#测风塔与7411#测风塔70m高度风速整体相关分析图

表2.6各测风塔之间相关性分析统计表

8601#测风塔70m高度与8158#测风塔70m高度

总体相关方程：

Y=0.884X+0.556相关系数：

0.859

象限

相关方程

相关系数

象限

相关方程

相关系数

N

Y=0.605X+1.824

0.627

S

Y=0.532X+1.369

0.603

NNE

Y=0.776X+0.414

0.879

SSW

Y=0.481X+1.371

0.553

NE

Y=0.906X+0.132

0.8

SW

Y=0.714X+0.907

0.676

ENE

Y=0.956X+0.099

0.843

WSW

Y=0.869X+0.512

0.829

E

Y=0.862X+1.130

0.824

W

Y=0.893X+0.365

0.871

ESE

Y=0.797X+1.485

0.746

WNW

Y=0.860X+0.328

0.855

SE

Y=0.787X+1.096

0.8

NW

Y=0.834X+0.497

0.846

SSE

Y=0.605X+1.370

0.664

NNW

Y=0.840X+1.090

0.772

8601#测风塔70m高度与7411#测风塔70m高度

总体相关方程：

Y=0.869X+0.623相关系数：

0.859

象限

相关方程

相关系数

象限

相关方程

相关系数

N

Y=0.607X+2.020

0.635

S

Y=0.665X+1.041

0.721

NNE

Y=0.796X+0.487

0.882

SSW

Y=0.576X+1.219

0.626

NE

Y=0.820X+0.731

0.75

SW

Y=0.800X+0.719

0.798

ENE

Y=0.917X+0.173

0.819

WSW

Y=0.902X+0.441

0.885

E

Y=0.876X+0.623

0.798

W

Y=0.918X+0.429

0.898

ESE

Y=0.785X+0.967

0.766

WNW

Y=0.910X+0.561

0.876

SE

Y=0.840X+0.623

0.849

NW

Y=0.860X+0.902

0.846

SSE

Y=0.717X+0.946

0.769

NNW

Y=0.807X+1.597

0.772

8158#测风塔70m高度与7411#测风塔70m高度

总体相关方程：

Y=0.918X+0.682相关系数：

0.932

象限

相关方程

相关系数

象限

相关方程

相关系数

N

Y=0.786X+0.671

0.802

S

Y=0.669X+0.878

0.695

NNE

Y=0.959X+0.114

0.964

SSW

Y=0.573X+1.129

0.642

NE

Y=1.000X+0.207

0.933

SW

Y=0.746X+0.687

0.737

ENE

Y=0.974X+0.575

0.949

WSW

Y=0.886X+0.514

0.858

E

Y=0.907X+1.112

0.943

W

Y=0.905X+0.482

0.909

ESE

Y=0.958X+1.081

0.926

WNW

Y=0.841X+0.658

0.873

SE

Y=0.903X+0.800

0.875

NW

Y=0.878X+0.377

0.898

SSE

Y=0.743X+0.983

0.735

NNW

Y=0.921X+0.261

0.875

表2.7安北第四风电场各测风塔实测不同高度月平均风速统计表

单位：

m/s

测风塔

年份

高度

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

12月

年

8158#

（A区）

2008

10m

6.2

5.1

5.6

5.8

（5.69）

30m

7.1

6.0

6.8

6.9

（6.68）

50m

7.7

6.5

7.5

7.5

（7.29）

70m

8.1

6.7

7.4

7.9

（7.52）

2009

10m

5.6

5.8

6.7

7.4

6.7

7.0

6.3

6.0

6.3

6.2

6.7

5.1

6.31

30m

6.9

6.9

7.9

8.6

7.6

8.0

7.2

7.0

7.3

7.5

7.9

6.3

7.42

50m

7.5

7.5

8.5

9.2

8.2

8.6

7.8

7.6

7.8

8.2

8.7

7.0

8.06

70m

7.7

7.7

8.8

9.6

8.4

8.8

8.0

7.8

8.0

8.5

9.1

7.3

8.31

2010

10m

5.6

5.6

6.9

6.4

6.5

6.6

6.5

7.2

6.2

4.7

5.3

6.2

6.21

30m

6.8

6.7

8.0

7.2

7.3

7.6

7.4

8.3

7.2

5.5

6.7

7.7

7.27

50m

7.6

7.2

8.9

8.0

8.0

8.1

8.0

8.9

7.7

5.9

7.3

8.7

7.93

70m

7.9

7.4

9.1

8.2

8.2

8.3

8.2

9.3

7.9

6.0

7.6

9.0

8.18

2011

10m

5.8

6.9

6.4

7.6

（6.64）

30m

6.9

8.0

7.3

8.6

（7.66）

50m

7.6

8.8

8.2

9.6

（8.50）

70m

7.9

9.2

8.4

10.0

（8.83）

7411#

（B区）

2008

10m

6.2

5.0

5.4

5.8

（5.59）

30m

7.2

5.9

6.4

6.9

（6.59）

50m

7.7

6.5

7.1

7.4

（7.18）

70m

8.1

6.7

7.4

7.9

（7.52）

2009

10m

5.7

5.8

6.9

7.6

6.6

6.9

6.5

6.0

6.3

6.0

6.6

5.3

6.35

30m

6.9

6.6

7.8

8.6

7.5

7.9

7.4

7.1

7.3

7.3

7.9

6.5

7.40

50m

7.4

7.2

8.6

9.3

8.0

8.5

7.9

7.5

7.7

7.9

8.5

6.9

7.94

70m

7.8

7.6

8.9

9.7

8.4

8.9

8.2

7.9

8.0

8.3

9.0

7.3

8.34

2010

10m

5.6

5.9