风电厂风能资源分析与评价
1风电场所处地区气象站资料
1.1气象要素
本文基于场地位于内蒙古自治区某风电场二期49.5 MW工程项目，根据当地的气象站提供的资料，对该工程所在的地区的风能资源进行分析与评价。
该工程采集到的气象站资料包括：
(1)1959年至测风年各年逐月平均风速；
(2)2006年9月1日至2007年8月31日逐时平均风速风向；
(3)其他常规气象要素。
1.2平均风速
该气象站近30年(1976年至测风年)的年平均风速相对较稳定，在5.0-5.8 m/s之间，只有2000年各月平均风速明显偏高，年平均风速达6.2 m/s。可见，2000年属于大风年。
1.3风向频率
由该气象站1977--2006年共30年实测资料统计，得到该地区多年和测风年的各风向频。根据该统计结果，气象站近30年的主导风向集中于SE~W方向。测风年主导风向与其基本一致。
1.4风电场测风情况
1#测风塔各高度实测风速相关系数见表1，由表1可见，测风塔各高度间风速具有良好的相关性。
为了有效评估风电场的风能资源，应对原始的测风数据进行验证，检验其连续性、完整性和合理性，检验出不合理的数据和缺测数据，根据GB/T18710-2002(风电场风能资源评估方法》对其进行处理，经统计计算，1#测风塔的有效数据完整率为97.4％，满足GB/T 18710-2002《风电场风能资源评估方法》中有效数据完整率应在90％以上的要求。
2风能基本要素分析
2.1 50年一遇最大平均风速
利用气象站多年最大风速资料，采用Gumbel型进行频率计算，再由气象站与风场的相关关系，结合风场的实际风况，得到风电场10 m高度50年一遇、10min最大风速为27.9m/s。
对测风塔70m高度、风速大于或等于20m/s的风速进行统计并计算其与10 m的风切变指数值，根据计算，风速≥320 m/s的70 m/10 m最大风切变指数为0.11。再由该风切变指数关系，结合风场的实际风况，得到风场通常轮毂高度的50年一遇最大风速(空气密度为1.225 kg/m3)。
2.2空气密度
根据风电场测风塔2006年9月1日-2007年8月31日测风数据，得出年平均气压为84.08kPa，年平均气温为8.6℃，平均空气密度ρ采用下式计算
ρ=p/(R×T)，
式中：ρ为年平均气压；T为年平均热力学温度；R为气体常数，R =287J/kg；计算得到风场地区平均空气密度为1.04ks/m5。
2.3风切变指数
在近地面层中，假设大气层结为中性，乱流将完全依靠动力原因来发展，这时风速随高度变化服从普朗特经验公式；风速随高度增加将有显著变化，但由于地表面粗糙度不同，风速随高度的变化也不同，在此使用幂次律的风廓线公式可求得风切变指数
式中：vn，vi分别为高度在zn，zi处的风速；α为风切变指数，其取值与地表面粗糙度有关。
根据风电场测风塔各高度的测风资料，求解可得出α值。
2.4湍流强度
湍流强度是脉动风速的均方差与平均风速的比值，即
式中：IT为湍流强度；σ为10 min风速标准偏差，m/s；为10min平均风速，m/s。
根据风电场测风塔各高度的测风资料统计可得出风电场各高度的湍流强度值。
3资料分析与整理
3.1测风塔与气象站的相关分析
该项目将。1#测风塔70m、10m高度处的测风年数据与气象站同步实测的风速、风向数据进行16个风向扇区的相关分析，相关函数采用线性方程Y=kx+b，其中：Y代表风电场风速；x代表气象站风速。经分析气象站与风电场测风塔70 m、10 m高度的测风数据在绝大多数风向扇区上有很好的相关性。
3.2测风塔数据的长期性修正
根据GB/T 18710-2002((风电场风能资源评估方法》，应对风电场测风年数据进行订正。根据风电场附近的气象站长期的观测数据，将验证后的风电场测风数据订正为一套能够反映风电场长期平均风况的代表性数据。
3.3风速和风功率密度
风电场70m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大。每年的4月与6-9月风速及风功率密度相对较小，平均风速变幅为6.5-7.5m/s，风功率密度变幅为241.4-384.7 W/m2；其他各月平均风速变幅为7.7-10.6m/s，风功率密度变幅为390.6-935.5 w/m2；全年平均风速为8.0m/s，平均风功率密度为486.68 W/m2。
风电场50m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大，接近于70 m高度的变化。其中，每年的4月与6-9月风速及风功率密度相对较小，平均风速变幅为6.2～7.3 m/s，风功率密度变幅为205.6-341.8 W/m2；其他各月平均风速变幅为7.5～10.1 m/s，风功率密度变幅为347.8～814.6W/m2；全年平均风速为7.7 m/s，平均风功率密度为427.2W/m2。
风电场30 m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大，但比70 m高度和50 m高度已缓和。每年的4月与6-9月风速及风功率密度相对较小，平均风速变幅为6.1～7.0m/s，风功率密度变幅为185.6-303.1 W/m2；其他各月平均风速变幅为7.1-9.6 m/s，风功率密度变幅为291.8-699.8 W/m2；全年平均风速为7.4 m/s，平均风功率密度为362.4W/m2。
风电场10 m高度测风年内各月平均风速及风功率密度变幅较大，每年的4月与6-9月风速及风功率密度相对较小，平均风速变幅为5.1-5.9 m/s，风功率密度变幅为108.8～180.2 W/m2；其他各月平均风速变幅为6.0-8.1 m/s，风功率密度变幅为178.6～458.2W/m2；全年平均风速为6.2m/s，平均风功率密度为224.1 W/m2。
3.4风速频率和风能频率分布
经分析作者认为，风电场70 m高度测风年风速的众值都出现在3-12 m/s区间，约占全部风速分布的79％；风能的众值都出现在8-16m/s区间，约占全部风能的75％。
50m高度测风年风速的众值都出现在3-11m/s区间，约占全部风速分布的77％；风能的众值都出现在7-15m/s区间，约占全部风能的75％。
30m高度测风年风速的众值都出现在3～11m/s区间，约占全部风速分布的8l％；风能的众值都出现在7～16 m/s风速区间，约占全部风能的82％。
10m高度风速的众值都出现3-9m/s区间，约占全部风速分布的79％；风能的众值都出现在5～14 m/s风速区间，约占全部风能的80％。
通常采用Weibull分布作为风速的经验分布，Weibull分布曲线的形状参数A和尺度参数K估算结果见表2。
3.5风向及风能方向频率
风电场70 m高度测风年的全年风向、风能频率分布见表3。经分析，风电场风能主要集中于135°~270°(SE-W)之间，占总风能的87％。
风电场10 m高度测风年的全年风向、风能频率分布见表4。经分析，风电场风能主要集中于125°~247.5°(SE-WSW)之间，占总风能的86％。
由以上分析可知，风电场70m高度风向主要集中在202.5°-270°(SSW-W)之间，10m高度风向主要集中在135°-225° (SE-SW)之间，气象站近30年的主导风向集中于SE-W方向。风电场与气象站风向存在一定偏差。
对位于该期风电场东面的#6631测风塔的风向频率统计结果进行比较，#6631测风塔距离该期风电场约13 km，地理位置为N41°31.745＇，E106°54.549＇，塔高80m，测风时段2007年1月1日至2007年12月31 El。
2个测风塔的70m和10 m高度风向频率统计结果见表5和表6。可见，虽然这2个测风塔的资料不在同一时段，但可以看出2个塔的主导风向基本一致，存在偏差是由于所选测风时段不同和地形差异所致。#1测风塔的风向基本能代表该期风场的风向。
综上所述，该风电场70 m高度年平均风速为8.0m/s，年平均风功率密度为486.6 W/m2，风功率密度等级属于4级，该风电场空气密度为1.04kg/m3，70 m高度对应15 m/s风速段平均湍流强度小于0.06，主导风向为202.5°~270.0°(SSW～W)，风电场70 m高度50年一遇最大风速订正到标准空气密度下为33.9 m/s。其年有效风速小时数达7898 h(3～25 m/s)，风能资源丰富，具备较高的开发价值，适宜建设大型风电场。
