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海上无测风区域风速评估

摘要：海上风电场风能资源评估通常需要采集风电场位置完整年数据进行分析计算。本文提出基于风资源图谱成果的风速分析法，基于3Tier中尺度数据集的风速分析法和基于WT的风速分析法对海上无测风区域110m高度的风速大小进行评估。三种评估方法计算得到风电场场址中心点轮毂高度出的风速分别为7.82m/s、7.87m/s和7.84m/s。三种评估方法的评估结果基本一致，可为无实测资料地区海上风电场风资源评估分析提供参考。

关键词：风电场风资源；风速评估

0导语

海上风电场风能资源评估通常需要采集风电场位置完整年数据进行分析计算。目前，海上风电场风能资源观测和获取有两种主要途径[1]：一是海上测风塔，通过在特定高度安装机械式测风仪的方式进行观测；二是海上漂浮式激光雷达测风[2]，通过搭载在浮体上的激光雷达进行不同高度风资源观测。近年来，由于海上风电技术的飞速发展，海上风电开发逐步从近海走向深远海。随着海上风电机组大型化发展趋势，需要观测风资源高度逐步提高。复杂的水深地质条件、观测高度的提升以及有限的海上施工窗口期，使得建海上测风塔设计建设难度增大、施工周期变长、建设成本增加，难以满足海上风电开发建设进度要求。而目前国内外海上漂浮式激光雷达测风技术仍处于技术验证阶段，还没实现完全商业化，技术适用性和可靠性有待进一步验证。

当前国内外众多研究机构推出基于不同物理模型和全球不同观测站实测数据得出了不同尺度下的风资源图谱产品[3]，如中国气象局近海风资源数据集、GlobalWindAltas全球风能资源数据集、3Tier中尺度数据集等，对无实测数据区域尤其是海上风资源评估具有重要的参考意义。法国美迪公司开发的MeteodynWT是一款可供风电场进行风资源评估的流体力学数值模拟软件，能够实现不同结果点位置不同高度的风资源评估。本文在此背景下，提出基于风资源图谱成果的风速分析法、基于3Tier中尺度数据集的风速分析法和基于WT的风速分析法等三种方法对海上无测风区域进行风速评估，为海上风电场风资源评估分析提供参考。

1数据资料与评估方法

数据资料

本文分析使用的数据资料包括：某海上测风塔满一年实测数据；测风塔位置以及场址中心点的3Tier中尺度数据集，GlobalWindAltas全球风能资源数据集。

1）海上风电场及海上测风塔基本信息

规划中的某海上风电场位于黄海海域，离岸距离约60公里，拟安装风机轮毂110m。风电场场址西北侧距离场址中心约30公里处有一座高100m的海上测风塔。海上测风塔与风电场之间为开阔海面，无遮挡。该测风塔实测数据满一年，数据质量良好。实测年平均风速7.66m/s。

2）GlobalWindAltas全球风能资源数据集

GlobalWindAtlas全球风能资源数据集是世界银行资助的项目。项目依据西班牙Vortex提供中尺度气象结果，使用DTU开发的WAsP软件进行中尺度降尺度计算，最终给出全球不同高度的风资源图谱。图谱精度可达到200m。

3）3Tier中尺度数据集

3TIER数据是维萨拉（Vaisala）公司的产品。共包含三类数据源：ERAI（ECMWFInterimRe-analysisArchive）、MERRA（ModernERARetrospective-analysisforResearchandApplication）和MERRA2（ModernERARetrospective-analysisforResearchandApplicationVersion2），以上数据可以近似实现基于逐时平均风速的电场址位置处的风能资源评估。

3TIER数据通过引用上述数据集，借助基于物理学的NWP模式，整合统计方法，模拟大气层和地球表面之间的相互作用，可提供5km分辨率的风速、风向数据。

本文所采用的MERRA2数据集来源于美国宇航局/戈达德太空飞行中心的全球建模和同化办公室，数据使用(GEOS-5)ADAS系统完成，网格模型精度为纬度0.5°，经度每2/3°来划分。MERRA2数据相对于MERRA数据，由于资料同化系统中实现了GPS无线电掩星数据中的高光谱辐射和微波观测的改进，并在GEOS模型和GSI同化系统中进行了改进，可在纬向方向提供约50km的精度数据集。

评估方法

1）基于风资源图谱成果的风速分析法

下载GlobalWindAltas全球风能资源数据集中风电场场址中心处接近轮毂高度的多年平均风速，通过风切变指数将相应风速推算到轮毂高度处，评估得出风电场中心位置轮毂高度风速。

2）基于3Tier中尺度数据集的风速分析法

针对场址区内无实测资料的情况，基于中尺度3Tier数据集，获取海上测风塔位置点及工程场址区中心点的同时期同高度数据。图1为海上