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