[發(fā)明專利]一種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410061545.3
• 申請(qǐng)日: 2014-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN103778572A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許愛東;雷金勇;申展;黃燾;郭曉斌;張臻;楊蘋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司;華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q50/06
• 分類號(hào): G06Q50/06
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司 44228
• 代理人: 李永慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)資源評(píng)估方法，更具體地說，涉及一種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法。

背景技術(shù)

我國風(fēng)電技術(shù)總體起步較晚，海上風(fēng)電目前更是剛剛開始，對(duì)海上風(fēng)電的各項(xiàng)技術(shù)包括海上風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)的研究方興未艾。風(fēng)能資源評(píng)估是開發(fā)風(fēng)電的前提，是進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)機(jī)選型、機(jī)位布局、發(fā)電量估算和經(jīng)濟(jì)概算的基礎(chǔ)。風(fēng)資源評(píng)估的準(zhǔn)確性直接決定著風(fēng)電開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的好壞，這一點(diǎn)在投資風(fēng)險(xiǎn)大的海上風(fēng)電開發(fā)中表現(xiàn)得尤為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，離岸10km的海上風(fēng)速通常比沿岸陸上高約25%，則最終發(fā)電量約大70%，這樣風(fēng)資源評(píng)估的微小誤差將會(huì)放大成較大發(fā)電量誤差，最終導(dǎo)致風(fēng)電開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的巨大損失。

目前，我國的傳統(tǒng)的風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)，是針對(duì)陸地風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展起來的。該技術(shù)主要是依據(jù)風(fēng)場(chǎng)當(dāng)?shù)販y(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)和WAsP地表校正模型來進(jìn)行估計(jì)，大致可分為如下步驟：

（1）取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。一般此數(shù)據(jù)為風(fēng)場(chǎng)實(shí)地所在的測(cè)風(fēng)塔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括多個(gè)垂直層（如10米、50米、70米、輪轂高度）等風(fēng)速/風(fēng)向測(cè)值，以及地表的溫度、濕度、氣壓等測(cè)值。在具備附近的長(zhǎng)期氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的條件下，可利用長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以消除風(fēng)速年度波動(dòng)的偶然性。

（2）取得輪轂高度的風(fēng)速序列。一般測(cè)風(fēng)塔上有選定風(fēng)機(jī)輪轂高度的實(shí)測(cè)值，如果沒有（如使用數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)），需要使用風(fēng)速隨地表高度變化的經(jīng)驗(yàn)公式，即風(fēng)速垂直切變模型，以擬合出輪轂高度的風(fēng)速值。一般常用的垂直切變模型有對(duì)數(shù)率和冪律兩種。

（3）估計(jì)風(fēng)速的概率分布參數(shù)。一旦測(cè)風(fēng)塔位置上風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)速測(cè)值序列確定，便可以得到該處風(fēng)速的概率分布。傳統(tǒng)風(fēng)資源評(píng)估方法通常假定風(fēng)電場(chǎng)所在的風(fēng)力場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向處處相同，從而該分布也就是整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速概率分布。

有的風(fēng)場(chǎng)坐落在地表影響較嚴(yán)重的區(qū)域，不能假定風(fēng)電場(chǎng)所在的風(fēng)力場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向處處相同，此時(shí)可以使用WAsP模型，或者高精度數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)地表曲面和植被、水汽等對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向的影響加以描寫，從而得到風(fēng)場(chǎng)各個(gè)位置的風(fēng)速序列。由于我國未把高精度數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果積累為數(shù)據(jù)庫，應(yīng)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(qū)域，也無法描寫水汽運(yùn)動(dòng)。

（4）估計(jì)風(fēng)能密度和年發(fā)電量。可以通過定義或者指定風(fēng)速概率密度下風(fēng)能密度的理論公式計(jì)算，或根據(jù)風(fēng)機(jī)廠家的出力曲線計(jì)算。這些公式一般假定空氣密度是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常量，可以通過潮濕理想氣體的空氣密度公式加以計(jì)算。?

將此方法應(yīng)用到海上風(fēng)電場(chǎng)，評(píng)估海上風(fēng)資源時(shí)有如下問題：

（1）目前因成本等原因，尚較少海上安裝測(cè)風(fēng)塔和海上的長(zhǎng)期氣象觀測(cè)站，缺少海上的直接測(cè)風(fēng)數(shù)值。針對(duì)該問題，有資料提出采用沿海的陸上氣象站測(cè)值，加上海面風(fēng)速對(duì)離岸距離的經(jīng)驗(yàn)公式加以估計(jì)，但因該經(jīng)驗(yàn)公式過于策略，無法描述海陸效應(yīng)對(duì)風(fēng)的影響，精度和可靠性較低。國外有的國家已經(jīng)架設(shè)了浮標(biāo)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，直接測(cè)量各種海域的風(fēng)況，但未曾有報(bào)導(dǎo)提及我國目前已經(jīng)建成類似的系統(tǒng)。還有許多國外文獻(xiàn)使用美國NASA的Quik-SCAT衛(wèi)星遠(yuǎn)程測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)的公開部分對(duì)中國附近海面的測(cè)值似只截止到2010年前后。

（2）若將風(fēng)電場(chǎng)建在熱帶季風(fēng)海面，風(fēng)垂直切變模型在該海面的適用性尚未明晰。國外資料中，對(duì)數(shù)率和冪律都有使用，國內(nèi)則有資料認(rèn)為冪律更合適。

（3）雖然海面寬闊而平坦，仍然存在復(fù)雜的海陸效應(yīng)，該效應(yīng)并不能被WAsP模型所描寫，即便是對(duì)于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，某些模式也未能充分描述海陸效應(yīng)。如廣東雷州半島以東洋面存在上升流(upwelling)效應(yīng)，導(dǎo)致大陸架處海面溫度異常降低，可能對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響，由于該效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制主要在大洋水體而非大氣，尚未確認(rèn)我國常用的數(shù)值預(yù)報(bào)模式是否對(duì)該效應(yīng)有描述。

（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(dāng)湍流較大時(shí)，空氣不能假定為水汽與理想氣體的混合，從而空氣密度計(jì)算公式的準(zhǔn)確性可能降低。

目前在使用WRF模式評(píng)估海上風(fēng)資源方面，還沒有相關(guān)成果。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明的目的在于提供一種更為準(zhǔn)確的海上風(fēng)資源評(píng)估方法。

????為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主要步驟包括：

????步驟一，獲取WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)；

????步驟二，根據(jù)步驟一獲取的數(shù)據(jù)代入風(fēng)的垂直切變冪律公式，估算其他高度上的風(fēng)速值，建立風(fēng)的垂直切變模型；風(fēng)垂直切變冪律公式如下：

式中：－風(fēng)切變指數(shù)；?—高度的風(fēng)速，；?—高度的風(fēng)速，。