一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，包括步驟1，收集基本資料；步驟2，檢驗(yàn)基本資料；步驟3，分析測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)；步驟4，根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)制作測(cè)風(fēng)資料文件；步驟5，計(jì)算各局部海域粗糙度值；步驟6，根據(jù)地形圖和各局部海域粗糙度值，制作地形地貌文件；步驟7，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估。本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程中有關(guān)海面粗糙度簡(jiǎn)化取值的目的，又能在一定程度上解決傳統(tǒng)勻粗糙度法在海上風(fēng)能評(píng)估中計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性較低的問題，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的合理判定起著至關(guān)重要的作用。
【專利說明】
-種基于海面粗繼度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于海面粗糖度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，屬于海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng) 能評(píng)估領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展迅速，丹麥、德國、西班牙、瑞典等國家均在建設(shè)大型海 上風(fēng)電場(chǎng)，還有許多國家正在制定近海風(fēng)電的發(fā)展計(jì)劃。我國海岸線長(zhǎng)，海上風(fēng)能資源豐 富。與陸地風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)具有節(jié)約±地資源、風(fēng)速高且持續(xù)、沒有復(fù)雜地形對(duì)氣 流的影響等優(yōu)點(diǎn)。眾所周知，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源是影響風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要因素， 風(fēng)能資源的測(cè)量與評(píng)估是建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)成敗的關(guān)鍵所在，尤其是對(duì)于投資風(fēng)險(xiǎn)更大的海上風(fēng) 電場(chǎng)，如何可靠地測(cè)量與預(yù)測(cè)海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源情況顯得尤為重要。
[0003] 海面粗糖度是影響海上風(fēng)能評(píng)估的一個(gè)重要參數(shù)，與陸地粗糖度不同的是，海面 粗糖度不穩(wěn)定，主要取決于實(shí)時(shí)波浪的大小，而風(fēng)與波浪之間的互相作用又受到風(fēng)速、水 深、離岸距離、大氣穩(wěn)定等因素的影響。然而，目前在海上風(fēng)能資源評(píng)估中未充分考慮到運(yùn) 些因素，尤其在實(shí)際工程應(yīng)用中大多都是簡(jiǎn)單地將海面粗糖度一律確定為零或一個(gè)均值。 將傳統(tǒng)的零粗糖度或均值計(jì)算方法應(yīng)用于實(shí)際海上風(fēng)電工程雖然非常簡(jiǎn)單方便，但該方法 通常存在W偏概全的缺陷，尤其對(duì)于有特殊變化的局部海域來說，風(fēng)能評(píng)估結(jié)果往往不能 準(zhǔn)確反映該局部區(qū)域的實(shí)際變化情況，因而對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估的準(zhǔn)確性存在較大 影響。
[0004] 那么在實(shí)際海上風(fēng)電工程中，如何利用普遍易得的基本工程資料來設(shè)置粗糖度 值、體現(xiàn)不同海域粗糖度變化情況并提高整體風(fēng)能評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性?隨著海上風(fēng)電的發(fā) 展，此問題更加突出，急需得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于海面粗糖度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng) 估方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于海面粗糖度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，包括W下步驟，
[000引步驟1，收集基本資料；
[0009] 所述基本資料包括研究海域內(nèi)所有測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、場(chǎng)址區(qū)域及附近 海域的地形圖；
[0010] 步驟2,檢驗(yàn)基本資料；
[0011] 步驟3,分析測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟4,根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)制作測(cè)風(fēng)資料文件；
[0013] 步驟5,計(jì)算各局部海域粗糖度值；
[0014] 步驟6,根據(jù)地形圖和各局部海域粗糖度值，制作地形地貌文件；
[001引步驟7,風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估。
[0016] 基本資料檢驗(yàn)包括測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整性檢驗(yàn)和地形圖準(zhǔn)確性檢驗(yàn);測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效 完整性檢驗(yàn)是指對(duì)各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，剔除缺測(cè)和無效測(cè)風(fēng) 數(shù)據(jù)后，分別計(jì)算各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率是否大于K%，若滿足要求，則測(cè) 風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)合格，否則對(duì)不滿足要求的測(cè)風(fēng)塔/氣象站中的缺測(cè)和無效測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ) 修正，然后重新檢驗(yàn)直至全部測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率大于K%;地形圖準(zhǔn)確 性檢驗(yàn)是指對(duì)收集的地形圖是否涵蓋場(chǎng)址區(qū)域及附近海域的真實(shí)情況、有無關(guān)鍵地形的缺 測(cè)問題進(jìn)行核實(shí)，若地形圖準(zhǔn)確全面，則進(jìn)行下一步計(jì)算，否則重新獲取所缺的地形圖。
[0017] κ = 90。
[0018] 步驟5中，計(jì)算各局部海域粗糖度值的過程為，
[0019] 首先根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算L米高度平均風(fēng)速詩，然后根據(jù)公式4二./'(巧'） 計(jì)算各局部海域粗糖度值；
[0020] 其中i表示各測(cè)風(fēng)塔/氣象站編號(hào)，ζ?為海域粗糖度值，f( ·)表示一種W海上L米 高度實(shí)測(cè)風(fēng)速為變量的函數(shù)表達(dá)式。
[0021] L=10。
[0022] 步驟6中，制作地形地貌文件的過程為，
[0023] 首先根據(jù)準(zhǔn)確的地形圖W及各局部海域的粗糖度計(jì)算值，初步繪制場(chǎng)址區(qū)域及附 近海域的粗糖度線，并定出粗糖度線兩側(cè)的粗糖度值;然后W某個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的測(cè)風(fēng)資料文件 為基礎(chǔ)采用風(fēng)資源模擬軟件推出整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算結(jié)果;最后檢驗(yàn)其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)處風(fēng) 速的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差是否小于ε，若不滿足誤差要求，則調(diào)整粗糖度線形狀及位 置，并重新對(duì)粗糖度線進(jìn)行賦值，重新進(jìn)行整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算，直到其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)風(fēng)速 的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差小于ε為止。
[0024] 1%<ε<1.5%。
[0025] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1、本發(fā)明對(duì)前期海上基本資料的需求相對(duì)比較簡(jiǎn)單常 規(guī)，容易獲取，運(yùn)給實(shí)際工程中前期資料的準(zhǔn)備工作帶來了較大便利，在一定程度上能夠縮 短資料收集時(shí)間，降低工作難度;2、本發(fā)明可W實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程中有關(guān)海面粗糖度簡(jiǎn)化取值 的目的，并通過不斷調(diào)整粗糖度線的方式使得模擬出的局部海域粗糖度變化規(guī)律更接近實(shí) 際情況，避免了傳統(tǒng)勻粗糖度法通常存在的W偏概全的缺陷，尤其是針對(duì)有特殊變化的局 部海域，對(duì)提高整個(gè)海上區(qū)域風(fēng)能評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，為工程項(xiàng)目的 開展提供了參考;3、本發(fā)明經(jīng)過幾個(gè)典型海上風(fēng)電工程的實(shí)施證明，風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)果比 較接近真實(shí)值，可操作性強(qiáng)，操作過程也比較簡(jiǎn)單方便，為海上風(fēng)電工程風(fēng)能資源的初步評(píng) 估提供理論幫助。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。W下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能w此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[00%]如圖1所示，一種基于海面粗糖度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，包括W下步驟：
[0029] 步驟1，收集基本資料。
[0030] 基本資料包括研究海域內(nèi)所有測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、場(chǎng)址區(qū)域及附近海域 的地形圖。
[0031] 步驟2,檢驗(yàn)基本資料。
[0032] 收集的基本資料是否全面、能否直接使用需要經(jīng)過檢驗(yàn)確定，是確保后續(xù)工作正 確開展的前提，基本資料檢驗(yàn)包括測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整性檢驗(yàn)和地形圖準(zhǔn)確性檢驗(yàn)。
[0033] 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整性檢驗(yàn)是指對(duì)各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分 析，剔除缺測(cè)和無效測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)后，分別計(jì)算各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率是否大 于K%，若滿足要求，則測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)合格，否則對(duì)不滿足要求的測(cè)風(fēng)塔/氣象站中的缺測(cè)和 無效測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)修正，然后重新檢驗(yàn)直至全部測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整 率大于K%，其中K最優(yōu)取值為90。
[0034] 地形圖準(zhǔn)確性檢驗(yàn)是指對(duì)收集的地形圖是否涵蓋場(chǎng)址區(qū)域及附近海域的真實(shí)情 況、有無關(guān)鍵地形的缺測(cè)問題進(jìn)行核實(shí)，若地形圖準(zhǔn)確全面，則進(jìn)行下一步計(jì)算，否則重新 獲取所缺的地形圖。
[0(X3日]步驟3,分析測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)。
[0036] 步驟4,根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)制作測(cè)風(fēng)資料文件。
[0037] 步驟5,計(jì)算各局部海域粗糖度值。
[0038] 計(jì)算各局部海域粗糖度值的過程為：
[0039] 首先根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算L米高度平均風(fēng)速磚，然后根據(jù)公式4 =/(?) 計(jì)算各局部海域粗糖度值，；
[0040] 其中i表示各測(cè)風(fēng)塔/氣象站編號(hào)，4為海域粗糖度值，f( ·)表示一種W海上L米高度 實(shí)測(cè)風(fēng)速為變量的函數(shù)表達(dá)式，L最優(yōu)取值夫
， k為vonkarman常數(shù)，大部分學(xué)者認(rèn)為近似取0.35。
[0041 ]步驟6，根據(jù)地形圖和各局部海域粗糖度值，制作地形地貌文件。
[0042] 制作的地形地貌文件準(zhǔn)確性是否高是影響海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的重 要制約因素，關(guān)鍵在于如何將現(xiàn)有的地形圖資料處理成適用于軟件計(jì)算的等效文件。
[0043] 制作地形地貌文件的過程為：
[0044] 首先根據(jù)準(zhǔn)確的地形圖W及各局部海域的粗糖度計(jì)算值，初步繪制場(chǎng)址區(qū)域及附 近海域的粗糖度線，并定出粗糖度線兩側(cè)的粗糖度值;然后W某個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的測(cè)風(fēng)資料文件 為基礎(chǔ)采用風(fēng)資源模擬軟件推出整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算結(jié)果;最后檢驗(yàn)其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)處風(fēng) 速的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差是否小于ε，若不滿足誤差要求，則調(diào)整粗糖度線形狀及位 置，并重新對(duì)粗糖度線進(jìn)行賦值，重新進(jìn)行整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算，直到其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)風(fēng)速 的模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差小于ε為止;其中，5%，當(dāng)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速較大時(shí)，建議ε 取下限值，當(dāng)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速較大時(shí)，建議ε取上限值，具體ε的取值判定標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)實(shí)際情況在 1%~1.5%范圍內(nèi)自行設(shè)定。
[0045] 步驟7,風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估。
[0046] 上述不僅對(duì)前期海上基本資料的要求相對(duì)較低，還可W實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程中有關(guān)海面 粗糖度簡(jiǎn)化取值的目的，與傳統(tǒng)的勻粗糖度計(jì)算方法相比，通過不斷調(diào)整粗糖度線的方式 使得模擬出的局部海域粗糖度變化規(guī)律更接近實(shí)際情況，避免傳統(tǒng)勻粗糖度法通常存在的 W偏概全的缺陷，尤其是針對(duì)有特殊變化的局部海域，對(duì)提高整個(gè)海上區(qū)域風(fēng)能評(píng)估結(jié)果 的準(zhǔn)確性具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)海上風(fēng)電工程項(xiàng)目的開展提供了參考，經(jīng)過幾個(gè)典 型海上風(fēng)電工程的實(shí)施證明，風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)果比較接近真實(shí)值，可操作性強(qiáng)，操作過程也 比較簡(jiǎn)單方便，為海上風(fēng)電工程風(fēng)能資源的初步評(píng)估提供理論幫助。
[0047] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和變形，運(yùn)些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1，收集基本資料； 所述基本資料包括研究海域內(nèi)所有測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、場(chǎng)址區(qū)域及附近海域 的地形圖； 步驟2,檢驗(yàn)基本資料； 步驟3,分析測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)； 步驟4,根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)制作測(cè)風(fēng)資料文件； 步驟5，計(jì)算各局部海域粗糙度值； 步驟6，根據(jù)地形圖和各局部海域粗糙度值，制作地形地貌文件； 步驟7,風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于:基本資料檢驗(yàn)包括測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整性檢驗(yàn)和地形圖準(zhǔn)確性檢驗(yàn)； 測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整性檢驗(yàn)是指對(duì)各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，剔 除缺測(cè)和無效測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)后，分別計(jì)算各測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率是否大于 K%，若滿足要求，則測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)合格，否則對(duì)不滿足要求的測(cè)風(fēng)塔/氣象站中的缺測(cè)和無 效測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)修正，然后重新檢驗(yàn)直至全部測(cè)風(fēng)塔/氣象站的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有效完整率 大于K% ; 地形圖準(zhǔn)確性檢驗(yàn)是指對(duì)收集的地形圖是否涵蓋場(chǎng)址區(qū)域及附近海域的真實(shí)情況、有 無關(guān)鍵地形的缺測(cè)問題進(jìn)行核實(shí)，若地形圖準(zhǔn)確全面，則進(jìn)行下一步計(jì)算，否則重新獲取所 缺的地形圖。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于:K = 90。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于:步驟5中，計(jì)算各局部海域粗糙度值的過程為， 首先根據(jù)分析后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算L米高度平均風(fēng)速穴，然后根據(jù)公式4 =/(?)計(jì)算 各局部海域粗糙度值； 其中i表示各測(cè)風(fēng)塔/氣象站編號(hào)，ζ?為海域粗糙度值，f( ·)表示一種以海上L米高度 實(shí)測(cè)風(fēng)速為變量的函數(shù)表達(dá)式。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于:L=10〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于:步驟6中，制作地形地貌文件的過程為， 首先根據(jù)準(zhǔn)確的地形圖以及各局部海域的粗糙度計(jì)算值，初步繪制場(chǎng)址區(qū)域及附近海 域的粗糙度線，并定出粗糙度線兩側(cè)的粗糙度值;然后以某個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的測(cè)風(fēng)資料文件為基 礎(chǔ)采用風(fēng)資源模擬軟件推出整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算結(jié)果;最后檢驗(yàn)其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)處風(fēng)速的 模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差是否小于ε，若不滿足誤差要求，則調(diào)整粗糙度線形狀及位置， 并重新對(duì)粗糙度線進(jìn)行賦值，重新進(jìn)行整個(gè)區(qū)域風(fēng)資源模擬計(jì)算，直到其他測(cè)風(fēng)點(diǎn)風(fēng)速的 模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差小于ε為止。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于海面粗糙度的海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能評(píng)估方法，其特征在 于：1%《ε《1.5%〇
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK105825438SQ201610209440
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】彭秀芳, 項(xiàng)雯, 劉欣良, 李劍鋒
【申請(qǐng)人】中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司