一種基於wrf模式的海上風資源評估方法
2023-11-03 02:50:02
一種基於wrf模式的海上風資源評估方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於WRF模式的海上風資源評估方法，主要步驟有：1）獲取WRF數值天氣預報數據和測風塔數據；2）建立風的垂直切變模型；3）建立風速概率模型；4）估算空氣密度；5）評估風功率密度和年發電量。本發明的方法通過WRF數值天氣預報數據評估海上風資源，有效地彌補傳統的風資源評估技術準確率低的不足。
【專利說明】—種基於WRF模式的海上風資源評估方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風資源評估方法，更具體地說，涉及一種基於WRF模式的海上風資源評估方法。
【背景技術】
[0002]我國風電技術總體起步較晚，海上風電目前更是剛剛開始，對海上風電的各項技術包括海上風資源評估技術的研究方興未艾。風能資源評估是開發風電的前提，是進行風電場選址、風機選型、機位布局、發電量估算和經濟概算的基礎。風資源評估的準確性直接決定著風電開發經濟效益的好壞，這一點在投資風險大的海上風電開發中表現得尤為突出。據統計，離岸IOkm的海上風速通常比沿岸陸上高約25%，則最終發電量約大70%，這樣風資源評估的微小誤差將會放大成較大發電量誤差，最終導致風電開發經濟效益的巨大損失。
[0003]目前，我國的傳統的風資源評估技術，是針對陸地風電場發展起來的。該技術主要是依據風場當地測風塔數據和WAsP地表校正模型來進行估計，大致可分為如下步驟:
(I)取得實測數據。一般此數據為風場實地所在的測風塔的實測數據，該數據包括多個垂直層(如10米、50米、70米、輪轂高度)等風速/風向測值，以及地表的溫度、溼度、氣壓等測值。在具備附近的長期氣象觀測數據的條件下，可利用長期數據，對現場實測數據進行校正，以消除風速年度波動的偶然性。
[0004](2)取得輪轂高度的風速序列。一般測風塔上有選定風機輪轂高度的實測值，如果沒有(如使用數值預報數據時)，需要使用風速隨地表高度變化的經驗公式，即風速垂直切變模型，以擬合出輪轂高度的風速值。一般常用的垂直切變模型有對數率和冪律兩種。
[0005](3)估計風速的概率分布參數。一旦測風塔位置上風機輪轂高度的風速測值序列確定，便可以得到該處風速的概率分布。傳統風資源評估方法通常假定風電場所在的風力場的風速和風向處處相同，從而該分布也就是整個風場的風速概率分布。
[0006]有的風場坐落在地表影響較嚴重的區域，不能假定風電場所在的風力場的風速和風向處處相同，此時可以使用WAsP模型，或者高精度數值預報數據對地表曲面和植被、水汽等對風速、風向的影響加以描寫，從而得到風場各個位置的風速序列。由於我國未把高精度數值預報結果積累為資料庫，應用上一般使用WAsP模型，該模型一般只能描寫地表曲面不劇烈變化的區域，也無法描寫水汽運動。
[0007](4)估計風能密度和年發電量。可以通過定義或者指定風速概率密度下風能密度的理論公式計算，或根據風機廠家的出力曲線計算。這些公式一般假定空氣密度是一個不隨時間變化的常量，可以通過潮溼理想氣體的空氣密度公式加以計算。
[0008]將此方法應用到海上風電場，評估海上風資源時有如下問題:
(O目前因成本等原因，尚較少海上安裝測風塔和海上的長期氣象觀測站，缺少海上的直接測風數值。針對該問題，有資料提出採用沿海的陸上氣象站測值，加上海面風速對離岸距離的經驗公式加以估計，但因該經驗公式過於策略，無法描述海陸效應對風的影響，精度和可靠性較低。國外有的國家已經架設了浮標測風系統，直接測量各種海域的風況，但未曾有報導提及我國目前已經建成類似的系統。還有許多國外文獻使用美國NASA的Quik-SCAT衛星遠程測風數據，但該數據的公開部分對中國附近海面的測值似只截止到2010年前後。
[0009]( 2 )若將風電場建在熱帶季風海面，風垂直切變模型在該海面的適用性尚未明晰。國外資料中，對數率和冪律都有使用，國內則有資料認為冪律更合適。
[0010](3)雖然海面寬闊而平坦，仍然存在複雜的海陸效應，該效應並不能被WAsP模型所描寫，即便是對於數值天氣預報，某些模式也未能充分描述海陸效應。如廣東雷州半島以東洋面存在上升流(upwelling)效應，導致大陸架處海面溫度異常降低，可能對風速產生影響，由於該效應的發生機制主要在大洋水體而非大氣，尚未確認我國常用的數值預報模式是否對該效應有描述。
[0011](4)有些海域常被高低壓交替支配，空氣密度不能假定為常量，甚至當湍流較大時，空氣不能假定為水汽與理想氣體的混合，從而空氣密度計算公式的準確性可能降低。
[0012]目前在使用WRF模式評估海上風資源方面，還沒有相關成果。
【發明內容】
[0013]本發明的目的在於提供一種更為準確的海上風資源評估方法。
[0014]為實現上述目的，本發明的主要步驟包括:
步驟一，獲取WRF數值天氣預報數據和測風塔數據；
步驟二，根據步驟一獲取的數據代入風的垂直切變冪律公式，估算其他高度上的風速值，建立風的垂直切變模型；風垂直切變冪律公式如下:
【權利要求】
1.一種基於WRF模式的海上風資源評估方法，其特徵在於:主要包括以下步驟: 步驟一，獲取WRF數值天氣預報數據和測風塔數據； 步驟二，根據步驟一獲取的數據代入風的垂直切變冪律公式，估算其他高度上的風速值，建立風的垂直切變模型；風垂直切變冪律公式如下:
2.根據權利要求1所述的海上風資源評估方法，其特徵在於:步驟二還包括測風塔數據對風速進行均值校正:校正公式如下； St=S+μ 式中:S*為校正後`風速；S為校正前風速；β為校正因子。
【文檔編號】G06Q50/06GK103778572SQ201410061545
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】許愛東, 雷金勇, 申展, 黃燾, 郭曉斌, 張臻, 楊蘋 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 華南理工大學