风电场测风方案.docx
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风电场测风方案
内蒙古天创风电开发有限公司
内蒙古化德县6#风电场一期（45MW）
测风方案
1综合说明…………………………………………………………………………1
1.1拟建风电场场区概述……………………………………………………………1
1.2测风方案主要内容…………………………………………………………1
1.3编制依据…………………………………………………………………………1
2项目单位概况……………………………………………………………2
2.1项目单位简介……………………………………………………………………2
3拟建风电场区情况简介……………………………………………………3
3.1风电场场址所在地区概况…………………………………………………3
3.2风电场场址所在地区风能资源概况…………………………………………3
3.3风电场场址所在地区地质概况…………………………………………4
3.4风电场场址所在地区电力入网条件…………………………………………4
3.5风电场场址所在地区交通条件………………………………………………4
4拟建风电场区参证气象站………………………………………………5
4.1参证气象站与拟建风电场相关分析………………………………………5
4.2参证气象站风能资源分析………………………………………………5
5测风塔选址……………………………………………………………………7
5.1测风塔选址的依据…………………………………………………7
5.2测风塔的选址原则…………………………………………………7
5.3拟建风电场区的地形地貌分析………………………………………………8
5.4测风塔数量的确定…………………………………………………8
5.5测风塔的定位………………………………………………………8
6测风设备的确定及选择…………………………………………………10
6.1测风塔高度的确定……………………………………………………………10
6.2测风塔的选择………………………………………………………………10
6.3传感器的选择…………………………………………………………………10
6.4传感器在测风塔的布置………………………………………………………17
7设备的安装与调试…………………………………………………………19
7.1设备的验收和现场准备…………………………………………………19
7.2现场安装……………………………………………………………………20
7.3设备的现场调试与记录…………………………………………………22
8测站的运行与维护…………………………………………………………23
8.1测站的组织管理机构…………………………………………………………23
8.2测站测风运行维护…………………………………………………………23
9测风数据的采集与处理……………………………………………………26
9.1测风数据的采集……………………………………………………………26
9.2测风数据的处理………………………………………………………………27
1综合说明
1.1拟建风电场场区概述
化德县地处内蒙古自治区中部，属乌兰察布市。
地处乌兰察布市、锡林郭勒盟、张家口三角地带，东经113º31´--114º46´，北纬41º54´--42º16´，境内平均海拔1500m，全县总面积2568平方公里。
化德县属中温带大陆性季风气候；由于地处在阴山山脉的狭口处，受蒙古和西伯利亚冷高压对流，气流经过时有明显的加速效果，属风能资源丰富的地区。
其气候特征表现为春旱风沙大，夏短雨集中，秋爽多日照，冬长天寒冷，盛行西北风。
年平均风速3.27m/s，带年平均气温2.8°C，年降水量320mm。
本次拟建的化德县6#风电场，初定总装机容量为45MW，场区总面积约12km2，地理位置在东经113o54'~113o58',北纬41o52'~41o54'之间，本次所选风电场区风能资源较丰富、地形开阔平坦、工程地质条件、交通、入网条件较好，具备开发风电场的条件。
1.2测风方案主要内容
经过对拟建化德县6#风电场的参证气象站的气象资料分析、工程地质条件、以及交通和入网条件的综合分析后，认为该处具备建设风电场的条件。
经过对现有风能资源和地形图的分析，以及现场的实际勘测，确定在风场主导风向（NW风向）的上风向，能代表该风场风况的位置，立测风塔1座，塔高70m。
并在地形图上绘制风电场址和测风塔的位置。
测风方案的主要内容包括：
拟建风电场区情况简介、拟建风电场区参证气象站、测风塔选址、测风设备的确定及选择、设备的安装与调试、测站的运行与维护、测风数据的采集与处理等内容。
同时选定参证气象站为距离最近的化德县气象站，收集长期风资源数据，并展开同期测风。
测风的时间定为2005年8月1日到2006年7月31日为期一年的时间。
1.3编制依据
方案编制主要依据《风电场风能资源测量方法》（GB/T18709-2002）和《风电场风能资源测量和评估技术规定》。
2项目单位概况
2.1项目单位简介
内蒙古天创风电开发有限公司是由厦门海西岸投资发展有限公司和上海丰昊投资发展有限公司共同出资组建的。
内蒙古天创风电开发有限公司成立于2007年，注册地点在内蒙古化德县，法人代表黄文增，注册资金3000万人民币。
该公司是以可再生能源为主项的投资建设性专业公司。
经营范围：
清洁能源的投资、开发、生产、经营、销售及工程建设；风电工程咨询。
3拟建风电场区情况简介
3.1风电场场址所在地区概况
化德县地处内蒙古自治区中部，属乌兰察布市。
地处乌兰察布市、锡林郭勒盟、张家口三角地带，东经113º31´--114º46´，北纬41º54´--42º16´，境内平均海拔1500m，全县总面积2568平方公里，全县人口16万人。
化德县辖3个镇，2个乡。
全县现有耕地120万亩，草场200万亩，矿产资源主要有萤石、长石、石英石、硅藻土、水晶石、绿柱石、大理石、白云母、钨、金等20多种，其中硅藻土品位之高，储量之多，国内罕见。
“十一五”期间，化德县政府将城镇建设作为推动全县经济发展的一项重要任务，科学合理的编制了城镇发展规划，同时依托其交通及资源的优势，构建了以羊、驼绒絮片服装、硅铁、矿产品深加工为主的支柱产业，建设了一批骨干企业，使农牧业产业化、工业化、城镇化进程有了新的突破。
3.2风电场场址所在地区风能资源概况
化德县位于内蒙中部，由于地处北半球中纬度盛行西风带，是西北寒潮路径的中心地带，受西伯利亚及蒙古冷高压影响，有利的地形条件使得该地区有着非常丰富的风能资源。
该区域的风资源具有风力强，分布广泛，而且相对持久稳定特点。
化德县年平均风速为3.27m/s，年主导向风基本上均为西-西北风，风向较为稳定。
年内冬、春和秋三季风速较大，持续时间长。
到夏季随气温的升高，对流减弱，基本为弱西风气候。
风速日变化规律表现为白天风大、夜晚风小，一天之内上午8点到下午5点是全天高风速时段，23点到次日5点为低风速时段。
3.3风电场场址所在地区地质概况
化德县的地质构造属阴山-燕山东西隆起地区，阴山-燕山地震带的东北部。
经过该县的主要断裂带为井川-赤峰断裂，但该断裂带在化德区域活动较弱，未出现过中强以上的地震。
拟建风电场位于化德县的西南部，主要地貌为丘陵。
地形有一定的起伏，但整体趋于平缓。
场址地区上覆盖第四系地层，局部可见基岩露出。
海拔高度为1523-1599m之间。
是典型的半荒漠草原。
拟建风电场场区地势平坦、开阔。
区域内未发现活动断层及近期构造运动，大地构造运动相对稳定。
3.4风电场场址所在地区电力入网条件
乌兰察布市是内蒙古西部电网“西电东送”的重要通道，也是内蒙古电网形成500kV“三纵三横”格局的重要组成部分。
乌兰察布地区电网位于蒙西电网的东端，是内蒙古西部电网和东部电网连接的桥梁和纽带，担负着全市十个旗县市和锡西网部分地区的供电任务。
化德县地处华北、东北、蒙西三大电网的连接处，地理位置十分独特，距华北电网近处约45公里，距东北电网最近处约300公里。
化德县境内有变电站5座，具有55万伏、22万伏、11万伏变电站各一座，35千伏变电站2座，为风电的开发创造有利条件。
3.5风电场场址所在地区交通条件
拟建化德县6#风电场交通方便，化德县境内有集通铁路、省际大通道横贯全境。
拟建风电场距县政府所在地约5公里，距集通铁路约5公理，距省际大通道3公里。
场区内地势平坦，设备运输及检修基本可利用草场的自然道路少加平整即可通行。
设备可直接运输到安装位置，无须二次搬运和人力运输。
4拟建风电场区参证气象站
4.1参证气象站与拟建风电场相关性分析
此次所选的参证气象站是化德县气象站，该气象站距化德县6#风电场场区较近。
气象站周围地形也比较平坦，海拔高度为1482.7m。
与拟建风电场场区地形相近。
它们之间并无高山等障碍物阻挡，该气象站观测项目较为齐全，大部分项目有30年以上观测记录长系列，代表性好。
因此，该气象站基本符合作为本次参证气象站的要求。
4.2化德县气象站风能资源分析
1.气象站基本资料
化德县气象站建站于1952年。
原为国家基本气象观测站，所使用的仪器为EL型电接风速仪，从2005年开始更换为EZC-1型风向、风速传感器。
从1952年建站以来未进行过大规模、长距离的搬迁，观测场环境也未发生较大变化。
表4-1气象站基本情况一览表
站名
位置
东经
北纬
高程
建站
年份
多年平均
风速
统计年限
化德县气象台观测站
化德
114°00′
41°54′
1482.7m
1952年
3.27m/s
1971-2005
仪器及检测
DYYⅡ型风速记录仪，EL型电接风速仪，按国家标准检测
EZC-1型风向、风速传感器
测风仪安装高度
10m
该气象站为国家基本气象站，具有各气象要素的长期的观测资料。
据气象站近30年观测资料统计：
年平均风速3.27m/s；最大风速20.3m/s；年平均气温2.8℃；年平均气压851.5hpa；极端最高气温35.5℃；极端最低气温-35.9℃；最大冻土深度253cm；最多雷暴天数3.49天。
2.气象站风能资料分析
（1）平均风速年际变化和多年逐月平均风速
从该站1976年至2005年共30年的测风数据来看，风速的年际变化较大，30年的平均风速3.27m/s,其中最大的年平均风速为4.1m/s，最小的年平均风速为2.6m/s，风速近年有下降的趋势。
表4-2化德县气象站平均风速年际变化表
年份
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
风速m/s
4.1
3.6
3.5
3.7
3.7
3.8
3.7
3.9
3.8
3.6
年份
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
风速m/s
3.6
3.7
3.5
3.2
3.3
3.1
2.9
3.1
3
2.9
年份
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
风速m/s
3
2.8
2.9
2.6
2.5
2.7
2.7
3
3.1
3.3
（2）气象站多年平均风向频率
统计化德县气象站1976年至2005年多年平均主导风向为W、WNW，频率分别为17.6%、17%。
表4-4化德县气象站多年平均风向频率
风向
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
频率（%）
4.1
2.6
1
1.2
1.4
1.4
2.6
3.4
5
5.3
5.9
6.4
17.6
17
13.1
6.8
（3）风能资源状况
鄂托克旗风能资源较为丰富，该地区年平均风速3.27m/s，风速具有风力强、且相对稳定的特点，主导风向依次为W、WNW、NW向，风向稳定。
5测风塔选址
5.1测风塔选址的依据
化德县气象站的测风资料。
该站具有三十年以上的风况观察记录资料，由此可以大致地反映出该区域的风能资源状况。
拟建风场1：
50000的地形图。
5.2测风塔的选址原则
1.测风塔安装点应在风电场中有代表性，并且周围开阔；
2.测风塔的位置应选择在风场主风向的位置；
3.测风塔安装点对不同地形地貌的选址原则；
在同等风资源条件下，对测风塔的选址有影响的主要因素是地形地貌，一般有平坦地形和复杂地形之分。
所谓“平坦地形”一般认为需满足以下条件：
在所选场址得各个方向3～5公里范围内，地势差均小于60m。
在3～5公里范围最大坡度不超过3％。
凡不符合“平坦地形”条件的地形，都可称为“不平坦地形”或复杂地形。
复杂地形影响气流的主要因素是地貌，其次才是障碍物和地表粗糙度。
（1）平坦地形的测风塔的选址：
对于具有均匀粗糙度的平坦地形，且没有障碍物（如建筑物、树木或山丘等）的情况下，同一高度的风速几乎一样。
在场中央位置选一比较平坦处安装测风塔即可。
对于具有变化粗糙度的地形，一般测风塔应避开此类地区以防风速的急剧变化使得测风数据不能代表全部风电场的整体风速。
（2）复杂地形测风塔选址
对于隆升地形安装测风塔应对地形进行划分，隆升地形最高处安装一台测风塔，低位置处再安装一台测风塔，这样更能反映出整个拟建风电场区得平均风能资源情况。
对于低凹地形，由于低凹地形对盛行风向会引起到狭管作用，使气流加速，所以在选择安装测风塔位置应考虑避开此类地区。
（3）周围有障碍物时测风塔的选址
障碍物对其下游的气流形成扰动区，称之为尾流。
尾流中风速降低，湍流增强。
测风塔应尽量避开尾流区，防止湍流使得测风数据偏小，失去真实性。
图5-1说明了未受干扰的气流遇到障碍物的影响。
这些影响的存在可以改变对风能资源、风切变和湍流程度大小的认识。
因此选择安装点时应尽量远离障碍物。
如果无法避开，则要求测风点距离障碍物的距离大于10倍障碍物的高度。
图5-1障碍物对气流的影响
5.3拟建风电场区的地形地貌分析
拟建化德县6#风电场，场区总面积约为12km2，风电场的地理位置在113o54'~113o58',北纬41o52'~41o54'，平均海拔约1550m。
风电场的拐点坐标为A：
X=19746650，Y=4643900；B：
X=19746650，Y=4641400；C：
X=19742000，Y=4641400；D：
X=19742000，Y=4643900。
总体地形是西部地势偏低，东部地势稍高。
其中海拔最高为1599m，最低海拔1523m。
地势略有起伏，总体地形比较平坦，拟建场区基本为草原地带，基本属均匀粗糙度地貌。
5.4测风塔数量的确定
通过对拟建风场场区现场勘测和风场地形图、海拔高度、周围障碍物、植被、和水文地质等各方面的条件进行综合分析后，得出结论：
该地区地势平坦开阔，场区内无明显高山、峡谷等复杂地形。
因此可判定该地区基本为平坦地形，测风塔的位置可按平坦地形来选择，即在风电场具有代表性的地方立测风塔一座即可。
5.5测风塔的定位
根据拟建风场的现场勘测和测风塔的定位原则，对测风塔位置进行选址：
由于该地区基本为平坦地区，安装测风塔时，如果安装在斜坡的顶端，会使测量风速偏大；如果安装在斜坡低端，会使测量数据偏小；这两种安装位置都会使得测风数据不能代表整个风电场的平均风能水平，因此应选择斜坡的中部与这个风电场的平均海拔相近的位置安装测风塔，这样才能既反映出风电场低海拔的风能资源情况又反映出高海拔的风能资源情况，使得测量数据符合该风电场真实水平。
该地区的主导风向为西北风向，测风塔的安装位置应布置在主导风向上，由于西北方向地势平坦，且海拔高度低于该区域的平均海拔，所以不必考虑来流方向的阻挡会对测风塔产生尾流的影响，因此测风塔的布置应在场区的中心的位置。
综上所述，拟定测风塔的位置坐标为X=19744650，Y=4642725，海拔高度约为1589m。
测风塔位置见附图。
在该地区布置测风塔是因为该地基本处于风电场中心的位置，周围地形平坦开阔，主导风向上无高山等隆升地形的阻碍，基本可以代表该风电场的风能资源。
且测风塔西北方向地势较低，基本不会对该测风塔造成影响；在测风塔的南部地势虽有起伏，由于是主导风向的下风向，也不会对该测风塔造成太大影响。
同时对测风塔的安装位置的地质，交通情况进行考察，表明地质构造相对稳定，无不良的地质现象。
且该点离公路、铁路很近，便于运输，安装条件适宜。
6测风设备的确定及选择
6.1测风塔高度的确定
一般风场只布置一处测风塔时，其高度不应低于拟安装的风力发电机组的轮毂中心高度。
在风场多处布置测风塔时，其高度可按10m的整数倍选择，但至少有一处测风塔的高度不应低于拟安装的风力发电机组的轮毂中心高度。
现在大型风力发电场所采用的风力发电机的轮毂中心高度在65m以上，因此本次测风塔建议选择70m的塔架。
6.2测风塔的选择
测风塔主要功能是环境监测，为测风仪器的安装作支撑。
测风塔一般自重较轻，跨度小，本方案推荐使用天津华捷铁塔通讯有限公司生产的测风塔，测风塔为绗架式拉锚结构。
测风塔的基本情况如下：
1.风荷载系数小，抗风能力强；占地面积小，节约土地资源，选址便利；塔身自重轻，运输和安装便捷、建设工期短；塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，遇风灾不易倒塌，减少人畜伤亡；设计符合国家钢结构设计规范，结构安全可靠。
2.抗损能力：
风10级/地震6级。
3.防雷处理：
配备优质避雷针加避雷带接地处理。
4.高度：
70m。
5.防腐处理：
热镀锌防腐处理/冷镀锌防腐/油漆粉刷
6.3传感器的选择
6.3.1测量参数
测量的目的是为了获得所需的参数。
测量参数应考虑基本参数、可选参数和记录参数。
基本参数包括风速、风向、气温；可选参数包括太阳辐射、垂直风速、温度变化、大气压。
在测量中主要考虑大气压。
1.风速
风速数据是场址的风能资源的最重要的指标。
推荐在多个高度测量以确定场址的风切变特性，进行风电机组在几个轮毂高度的性能模拟，同时多个高度的测量数据可以互为备用。
2.风向
要确定盛行风向，应在全部有意义的高度设置风向标，风向频率资料对确定更好的地形和方向，以及优化风电机组在风电场内的布置很重要。
3.气温
空气温度是风电场运行环境的一个重要表征，通常测量高度或者接近地面（2至3m）或者接近轮毂高度。
在很多地方平均近地空气温度与轮毅高度处平均温度相差1℃以内。
它也用于计算空气密度，这是估算风功率密度和风电机组功率输出所需的一个变量。
4.大气压
大气压与空气温度用于确定空气密度。
在刮风的环境难于精确测量，因为当风吹过仪器部件时，产生了压力波动。
压力传感器最好安装在户内或办公室。
因此，多数资源评估项目并不测量大气压，而代之以当地国家气象站取得的资料，再根据海拔高度调整。
6.3.2传感器的选择
测风设备的选择主要包括风速计、风向标、温度计、气压计、数据存储设备的选择。
基本传感器选择的依据：
气象传感器用来测量指定的环境参数。
根据表6-1列出测量风速、风向和空气温度的仪器的标准规格作为选择传感器的依据。
表6-1基本传感器规格表
1.风速计的选择
风能资源测量最常用的测风传感器是SECONDWINDM40三杯风速计。
此仪器包括一个杯组（三个杯），中心连接到一个垂直轴旋转。
至少一个杯总是面向来风。
杯的空气动力学形状把风压力转化成旋转扭矩。
杯的旋转在一个特定范围内接近线性正比于风速。
风速计内的一个转换器把旋转运动转换成电信号，通过线路送至数据采集器，然后记录仪用已知的增益（或斜率）和偏移（或截矩）常数来计算实际风速。
风能资源测量最常用的测风传感器是Maximum#40三杯风速计。
它已被证明有长期的可靠性和标定稳定性。
其所装的杯是黑色聚碳酸脂塑料模塑，风杯被连接到一个加硬的铜铍合金轴，并使用改进的特弗龙（Teflon）轴承旋转。
此轴承配件不需维护，并在大多数环境下至少2年保持精确。
因此，本次测风可选用SECONDWINDM40三杯风速计，其外观图可见图6-2。
图6-1SECONDWINDM40最大风速计外观图
推荐在指定高度应用一台备用风速计，以使主要传感器失灵造成的风速数据丢失的风险最小化。
备用传感器的位置应不干扰主要传感器测风。
当主要传感器处在塔架尾流中（即当风向使主要传感器恰好处于塔架的下风向时，会导致错误数据），备用传感器也可用于提供替代数据。
总的说来，使用备用传感器比计划外去一次现场更换或修理失灵传感器要便宜。
2.风向标的选择
选择风向标时，应该使用与选择风速计相同的标准，特别注意电位表开口死区的大小，它不应该超过8º。
风向标的分辨率很重要，一些风向标将整个360º旋转范围只分成16个22.5º扇区，这个分辨率对于优化风电机组布置来说太粗糙了。
用风向标测量风向，最普遍应用的型式是一个叶片连接到一根垂直轴，风向标不断通过对准风向寻找力平衡的位置。
大多数风向标使用电位表型式的转换器，产生与风向标位置相关的电信号，电信号通过电线传送到数据采集器，把风向标的位置联系到一个已知的参考点（通常是真北）。
因此，重要的是风向标对齐（或定向）到一个指定参考点。
在此次测风中推荐使用SECONDWIND#200P的设备，因为它设计简单，维护要求低，而且是一种热塑料和不锈钢零件组成的负电位计。
SECONDWIND#200P风向标的外观图可见图6-2。
图6-2SECONDWIND#200P风向标外观图
3.温度计的选择
典型的大气温度传感器由三部分组成:
转换器、接口设备和辐射防护罩。
转换器包括一种原材料（通常是镍或铂），其电阻与温度有关。
热敏电阻、电阻热探测仪和半导体通常是推荐使用的元件型式。
电阻值通过数据采集器（或接口设备）测量，用一个已知的公式计算实际空气温度。
转换器装在一个辐射防护罩内，以防止直接的太阳辐射。
常用的防护罩是多层Gill型，被动式防护罩。
根据表6-1基本传感器规格表的要求，在此次测风中可选择SW110K温度传感器。
SW110K温度传感器是一款价格低廉、经久耐用的集成电路式的温度传感器。
温度计外观图可见图6-3。
图6-3SW110K温度传感器外观图
温度计量程：
–48°C到+50°C；
精度达：
<±0.5°C测量平均值。
4.气压计的选型
除了必须的测量，用户可能希望采用可选的传感器测量太阳辐射、垂自风速、△T（温差）和大气压。
表6-2列出了这些传感器的标准规格。
表6-2可选传感器规格表
根据化德县6#风电场测风要求需选择气压计设备进行测压工作。
在此次测风中可选用SETRA276气压传感器，该气压传感器是经过显微加工的绝对压强传感器，BP20输出的是绝对压强产生的高水平电压的输出信号，传感器包括内置的温度补偿、线性、和输出放大器。
气压传感器外观图可见图6-4。
图6-4BP20气压传感器外观图
型号：
Setra276型；
输出：
Hg，hPa，kPa，毫巴等测量值。
5.数据记录仪的选择
数据记录仪的种类有很多种，本方案推荐使用“美国赛风公司的“游牧者二代（NOMAD-2）风力数据采集系统”，
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