一种基于wrf模式的海上风资源评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于WRF模式的海上风资源评估方法，主要步骤有：1）获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据；2）建立风的垂直切变模型；3）建立风速概率模型；4）估算空气密度；5）评估风功率密度和年发电量。本发明的方法通过WRF数值天气预报数据评估海上风资源，有效地弥补传统的风资源评估技术准确率低的不足。
【专利说明】—种基于WRF模式的海上风资源评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风资源评估方法，更具体地说，涉及一种基于WRF模式的海上风资源评估方法。
【背景技术】
[0002]我国风电技术总体起步较晚，海上风电目前更是刚刚开始，对海上风电的各项技术包括海上风资源评估技术的研究方兴未艾。风能资源评估是开发风电的前提，是进行风电场选址、风机选型、机位布局、发电量估算和经济概算的基础。风资源评估的准确性直接决定着风电开发经济效益的好坏，这一点在投资风险大的海上风电开发中表现得尤为突出。据统计，离岸IOkm的海上风速通常比沿岸陆上高约25%，则最终发电量约大70%，这样风资源评估的微小误差将会放大成较大发电量误差，最终导致风电开发经济效益的巨大损失。
[0003]目前，我国的传统的风资源评估技术，是针对陆地风电场发展起来的。该技术主要是依据风场当地测风塔数据和WAsP地表校正模型来进行估计，大致可分为如下步骤:
(I)取得实测数据。一般此数据为风场实地所在的测风塔的实测数据，该数据包括多个垂直层(如10米、50米、70米、轮毂高度)等风速/风向测值，以及地表的温度、湿度、气压等测值。在具备附近的长期气象观测数据的条件下，可利用长期数据，对现场实测数据进行校正，以消除风速年度波动的偶然性。
[0004](2)取得轮毂高度的风速序列。一般测风塔上有选定风机轮毂高度的实测值，如果没有(如使用数值预报数据时)，需要使用风速随地表高度变化的经验公式，即风速垂直切变模型，以拟合出轮毂高度的风速值。一般常用的垂直切变模型有对数率和幂律两种。
[0005](3)估计风速的概率分布参数。一旦测风塔位置上风机轮毂高度的风速测值序列确定，便可以得到该处风速的概率分布。传统风资源评估方法通常假定风电场所在的风力场的风速和风向处处相同，从而该分布也就是整个风场的风速概率分布。
[0006]有的风场坐落在地表影响较严重的区域，不能假定风电场所在的风力场的风速和风向处处相同，此时可以使用WAsP模型，或者高精度数值预报数据对地表曲面和植被、水汽等对风速、风向的影响加以描写，从而得到风场各个位置的风速序列。由于我国未把高精度数值预报结果积累为数据库，应用上一般使用WAsP模型，该模型一般只能描写地表曲面不剧烈变化的区域，也无法描写水汽运动。
[0007](4)估计风能密度和年发电量。可以通过定义或者指定风速概率密度下风能密度的理论公式计算，或根据风机厂家的出力曲线计算。这些公式一般假定空气密度是一个不随时间变化的常量，可以通过潮湿理想气体的空气密度公式加以计算。
[0008]将此方法应用到海上风电场，评估海上风资源时有如下问题:
(O目前因成本等原因，尚较少海上安装测风塔和海上的长期气象观测站，缺少海上的直接测风数值。针对该问题，有资料提出采用沿海的陆上气象站测值，加上海面风速对离岸距离的经验公式加以估计，但因该经验公式过于策略，无法描述海陆效应对风的影响，精度和可靠性较低。国外有的国家已经架设了浮标测风系统，直接测量各种海域的风况，但未曾有报导提及我国目前已经建成类似的系统。还有许多国外文献使用美国NASA的Quik-SCAT卫星远程测风数据，但该数据的公开部分对中国附近海面的测值似只截止到2010年前后。
[0009]( 2 )若将风电场建在热带季风海面，风垂直切变模型在该海面的适用性尚未明晰。国外资料中，对数率和幂律都有使用，国内则有资料认为幂律更合适。
[0010](3)虽然海面宽阔而平坦，仍然存在复杂的海陆效应，该效应并不能被WAsP模型所描写，即便是对于数值天气预报，某些模式也未能充分描述海陆效应。如广东雷州半岛以东洋面存在上升流(upwelling)效应，导致大陆架处海面温度异常降低，可能对风速产生影响，由于该效应的发生机制主要在大洋水体而非大气，尚未确认我国常用的数值预报模式是否对该效应有描述。
[0011](4)有些海域常被高低压交替支配，空气密度不能假定为常量，甚至当湍流较大时，空气不能假定为水汽与理想气体的混合，从而空气密度计算公式的准确性可能降低。
[0012]目前在使用WRF模式评估海上风资源方面，还没有相关成果。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种更为准确的海上风资源评估方法。
[0014]为实现上述目的，本发明的主要步骤包括:
步骤一，获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据；
步骤二，根据步骤一获取的数据代入风的垂直切变幂律公式，估算其他高度上的风速值，建立风的垂直切变模型；风垂直切变幂律公式如下:
【权利要求】
1.一种基于WRF模式的海上风资源评估方法，其特征在于:主要包括以下步骤: 步骤一，获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据； 步骤二，根据步骤一获取的数据代入风的垂直切变幂律公式，估算其他高度上的风速值，建立风的垂直切变模型；风垂直切变幂律公式如下:
2.根据权利要求1所述的海上风资源评估方法，其特征在于:步骤二还包括测风塔数据对风速进行均值校正:校正公式如下； St=S+μ 式中:S*为校正后`风速；S为校正前风速；β为校正因子。
【文档编号】G06Q50/06GK103778572SQ201410061545
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】许爱东, 雷金勇, 申展, 黄焘, 郭晓斌, 张臻, 杨苹 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 华南理工大学