收稿日期院2018-12-03遥基金项目院风切变指数

收稿日期院 2018-12-03遥基金项目院 内蒙古自治区科技计划项目渊201702029冤曰内蒙古自治区气象局专业气象服务技术创新团队渊nmqx201772冤曰内蒙古自治区气象局科技创新项目渊nmqxkjcx201801冤资助遥作者简介院 谷新波渊1979-冤袁男 袁山东菏泽人袁本科袁高级工程师袁主要从事专业气象预报技术研究及业务应用遥 E-mail院nmggxb@163。com基于不同风切变指数算法的风场风速推算精度分析谷新波1 袁 吴焕波 1 袁 徐丽娜 1 袁 魏薇2渊1。内蒙古气象服务中心袁 内蒙古呼和浩特010051曰 2。内蒙古气象科学研究所袁 内蒙古呼和浩特010051冤摘 要院 文章采用内蒙古某风场测风塔3 a 逐 10 min 风速实测数据袁 基于5 种算法计算不同高度层间风切变指数袁分别进行风速实例推算袁对比分析各种算法的精度遥 结果表明院去除小风速数据算法渊M2冤较其他4 种算法的变异系数小袁推算风速精度总体最高曰同一算法中袁不同高度层间风切变指数随高度层高度和层间高度差增加而增大袁非相邻层间风切变指数随高度差增加而增大曰同一算法中袁年平均风速推算比月平均风速推算精度更高袁相邻层间风速推算较非相邻层间风速推算精度高袁且相邻高度层越高精度越高袁非相邻层间风速推算袁高度差越小精度越高遥 该研究结果对风场建设可行性论证和风资源评估袁及开展风场轮毂高度风速的推算尧预测具有较好的指导意义遥关键词院 风切变指数曰 风速推算曰 推算精度曰 风廓线拟合中图分类号院 TK81曰 TM614 文献标志码院 A 文章编号院 1671-5292渊2019冤09-1362-060 引言目前袁在可再生能源开发利用中袁风能利用技术和风资源开发发展迅速[1] 遥 风电场建设可行性论证及风能资源评估需要确定风电场装机容量尧风力发电机组选型和布置袁 而风切变指数是确定风电场风力发电机组选型及其安装高度的一个重要依据[2]~[4] 遥随着我国风电事业的快速发展袁 风能可开发利用区域逐步缩小袁 风电建场区域逐步呈现出从风资源较好地区向风资源一般地区转移尧 从简单平坦地区向复杂地形地区转移的趋势袁 进一步增大了风资源评估尧风电场选址及可行性论证难度遥因此, 风电场风切变技术方法研究也越来越受到各研究机构尧电力部门及风电企业的重视[5]~[8] 遥由于风速数据的复杂性袁 计算风切变指数的方法有很多袁 而不同方法计算得出的风切变指数的值也不尽相同[9]袁[10] 袁最终将影响到对风资源的评估结果和风电场的经济效益遥 本文以内蒙古某风场测风塔实测数据为例袁 基于5 种算法计算不同高度层间风切变指数袁 通过计算和分析风切变指数袁对不同方法的精度进行了研究分析遥1 风切变指数定义从气象学角度袁根据风向划分袁近地层风切变分为水平风的水平切变尧 水平风的垂直切变和垂直风的切变3 种 袁 其中水平风的垂直切变对风电场风机轮毂旋转受力影响显著袁因此袁本文主要研究水平风的垂直切变渊简称风切变冤遥 空气运动因受湍流粘性和地面摩擦的影响袁风向大体一致袁而风速随高度的增加而增加袁 这一变化规律用风切变指数来表征袁 其大小反映风速随高度增加的快慢遥 造成水平风在近地层中垂直变化的原因有动力因素和热力因素袁 动力因素主要来源于地面的摩擦效应袁即地面的粗糙度袁热力因素主要表现为与近地层大气垂直稳定度的关系遥大气稳定度可较好地描述大气湍流的强弱袁与大气的对流发展密切相关遥为便于分析袁大气稳定度分为不稳定尧中性尧稳定三类遥 在不同的大气条件下袁风切变指数有一定差异袁大气中性条件下各测风塔的风切变指数与年平均风切变指数基本相当袁稳定状态下风切变指数明显偏大袁不稳定状态下风切变指数最小遥 本文主要在大气中性稳定度条件下进行风切变计算方法的讨论和推算应用遥在中性大气层结下袁 对数和幂指数方程都可以较好地描述风速垂直廓线袁 在风能资源评估国家标准[11]中推荐幂指数方程袁垂直风廓线幂律公式表达式为V 2 =V 1 渊Z 2 /Z 1 冤 琢 渊1冤可再生能源Renewable Energy Resources第 37 卷 第 9 期2019 年 9 月Vol。37 No。9Sept。 2019窑1362窑