古田泮洋风电场工程 可行性研究报告.doc

2 风能资源风能资源 2.12.1 概况概况 古田泮洋风电场场址位于宁德市古田县泮洋乡高岗山，风电场与泮洋乡直线距离约 10km，距离古田县城约 18km。古田泮洋风电场不属于福建省沿海 6 个详查区域，但是风电场海拔高度高，场区高程约 12001487m，风能资源具有开发潜力。2.22.2 参证气象站参证气象站 本工程可供选择的参证气象站有两个，一是古田气象站，二是九仙山气象站。本风电场测风塔距离九仙山气象站约 115.35km，气象要素引用古田气象站，古田气象站位于古田县新城镇，东经 118 44.614，北纬 26 34.321。1959 年 4月 1 日，始建福建省古田县气候服务站并开始观测，观测项目齐全、完整、精度好，考虑到古田气象站距工程点较近，本工程气象要素可引用古田气象站资料。九仙山气象站地处福建省泉州市德化县九仙山山顶，1955 年建站，海拔1653.5 米。九仙山站东经 11730，北纬 2347，海拔高度 1656.5m，属国家基本站，观测规范项目齐全，资料系列连续完整精度高，近 30 年来周边环境没有变化，福建内陆具有标杆代表性的气象站。虽然九仙山气象站距离本风电场有 115km，但是两者同属内陆高山地区，经相关分析，盛行风向较为一致，其风况资料对于高海拔的泮洋风电场测风塔应有较好的代表性。2.2.1 气候特征和气象要素气候特征和气象要素 古田属中亚热带季风气候，冬短夏长，春秋对峙，年均气温 1621、日照 1894.9 小时，年降雨量 14002100 毫米，无霜期 276 天。主要自然灾害有寒潮、干旱、洪涝、大风和冰雹。黄田和古田人工湖周围的丘陵盆谷地带年均气温在 18 以上，为暖区；海拔在 600 米以上的东部、北部、西部和中部的低山区，年均气温在 17以下，为温凉区。黄田谷地夏季长达 168 天，冬季只有36 天，春季 85 天，秋季 77 天；而泮洋山区夏季只有 87 天，冬季长达 90 天，春季 107 天，秋季 81 天。表表 2.2-1 古田古田气象站气象站累年累年各月气象要素统计表各月气象要素统计表 月份 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全 年 平均气压(hPa)980.2 978.6 975.9 972.6 969.6 966.4 965.8 965.6 970.4 975.6 979.2 981.2 973.4 平均气温()9.10 10.2 13.5 18.2 21.8 25.1 27.3 26.8 24.3 20.2 15.2 10.5 18.5 极端最高气温()26.6 28.6 33.7 33.8 35.4 37.1 38.3 38.6 37.7 35.3 32.7 27.5 38.6 极端最低气温()-4.2-3.5-3.4 3.6 9.2 13.2 18.9 17.1 11.6 3.0-1.9-6.9-6.9 降水量(mm)57.8 108.1 195.0 200.7 250.6 252.1 132.8 152.7 116.9 66.5 39.9 36.7 1609.7 相对湿度(%)79 80 80 79 80 81 77 78 79 76 77 78 79 平均水汽压(hPa)9.2 10.0 12.6 16.6 20.7 25.5 27.5 26.9 23.5 18.0 13.3 10.0 17.8 平均风速(m/s)1.5 1.6 1.6 1.5 1.5 1.4 1.5 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.5 雷暴天数 0.3 1.1 5.3 6.4 6.1 9.2 12.8 11.2 6.7 1.6 0.3 0.2 61.1 2.2.2 风速和风向风速和风向 收集九仙山气象站近 30 年历年的年平均风速，以及代表年整体平均风向、风能方向频率，分别见表 2.2-2、表 2.2-3。表表 2.2-2 九仙山九仙山气象站历年平均风速气象站历年平均风速 (m/s)(仪高仪高 10m)年份 平均 年份 平均 年份 平均 1978 6.9 1990 6.9 2002 6.5 1979 7.3 1991 7 2003 6.8 1980 7.2 1992 6.9 2004 7.1 1981 6.6 1993 7 2005 8.3 1982 6.8 1994 6.9 2006 7 1983 7.4 1995 7 2007 6.9 1984 7 1996 7.4 2008 6.4 1985 6.4 1997 6.8 2009 6.7 1986 6.8 1998 7.8 2010 7.2 1987 8 1999 7.3 2011 6.5 1988 8 2000 6.2 2012 6.7 1989 7.3 2001 6.5 2013 6.6 表表 2.2-3 九仙山九仙山气象站年代表年整体平均风向、风能方向频率表气象站年代表年整体平均风向、风能方向频率表 (%)N NNE NE ENE E ESE SE SSE S 风向 4.0 5.1 4.8 10.6 10.6 4.6 6.0 4.0 3.9 风能 3.2 3.9 4.3 15.3 11.1 2.4 5.1 4.0 3.0 SSW SW WSW W WNW NW NNW C 总和 风向 5.4 10.3 12.5 6.3 4.5 3.8 3.0 0.9 100.0 风能 6.4 16.8 16.2 2.6 1.3 2.4 2.1 0.0 100.0 据此统计，九仙山气象站近 30 年年平均风速为 7.00m/s，近 20 年年平均风速为 6.93m/s，近 10 年年平均风速为 6.94m/s。主要风向为 ENE、E、SW、WSW，风向频率分别为 10.6%、10.6%、10.3%、以及 12.5%。根据福建省气象局编制的福建省风能资源评价报告所披露的数据，九仙山气象站年平均空气密度1.0129kg/m3，50 年一遇最大风速 38.7m/s。0123456789 图图 2.2-1 九仙山气象站历年平均风速年际变化直方图九仙山气象站历年平均风速年际变化直方图 图图 2.2-2 九仙山气象站多年整体平均年风向、风能玫瑰图九仙山气象站多年整体平均年风向、风能玫瑰图 风向玫瑰图风向玫瑰图0%10%20%30%40%NESW风能玫瑰图风能玫瑰图0%10%20%30%40%NESW2.3 风电场测风数据整理及分析风电场测风数据整理及分析 2.3.1 风电场测风概况风电场测风概况 为开发风电场需要，古田泮洋风电场场址范围中部于 2011 年 11 月设立了一座 80m 高度的测风塔（编号 1003）。1003 号测风塔位于北纬 2628.571，东经 11853.212，所在位置海拔 1330m。该测风塔的配置情况是：在 80m、60m、50m、30m、10m 各安装了 1 个风速传感器，在 10m 及 80m 高度各安装了 1 个风向传感器，在 8m 高度安装了温度器和气压传感器，该测风塔已经测满一年。由于测风塔仪器损坏的原因，在 2013 年 2 月 19 日 1003 号测风数据中断记录，并于 2013 年 9 月 27 日重新安装新测风设备进行测风，测风塔的配置情况不变。重新测风后已经测满 7 个月。2013 年 11 月，古田泮洋风电场场址范围的东部又设立了一座 80m 高度的测风塔（编号3001）。3001号测风塔位于北纬2628.876，东经 11854.732，所在位置海拔 1350m。该测风塔的配置情况是：在 80m 安装了 2 个风速传感器，在 70m、50m、30m、10m 各安装了 1 个风速传感器，在 80m 高度安装了 2 个风向传感器，10m 安装了 1 个风向传感器，在 8m 高度安装了温度器和气压传感器，已收集到该测风塔 6 个多月的数据。因 1003 号测风塔位于整个风电场场址范围的中部，代表性较好，观测时间也长，本报告针对 1003 号测风塔的风能资源进行详细分析。测风具体情况见表2.3-1。测风塔位置示意图测风塔位置示意图 1003#测风塔（80m）3001#测风塔（80m）2.3.2 测风数据质量验证测风数据质量验证 2.3.2.1 测风数据完整性检验 为了有效地评估风电场的风能资源，首先对原始的测风数据进行了验证，验出其完整性和合理性，检验出不合理的数据和缺测的数据，并对其进行了相应的处理。1003 号测风塔目前收集到的数据时间段为 2011 年 11 月 6 日2013 年 2 月19 日的实测资料，在测风塔仪器更换后，收集到的新数据时间段为 2013 年 9月 27 日2014 年 5 月 4 日；3001 号测风塔目前收集到的数据时间段为 2013 年11 月 6 日2014 年 5 月 4 日。由于 2013 年 9 月以后两座测风塔收集到的数据均未满一个完整年，不满足风能资源评估的要求，因此本阶段重点分析 1003 号测风塔并使用 2012 年 01 月 01 日2012 年 12 月 31 日的一个完整年的资料作为本工程的设计和评估的基础，在风速和风向小节将两座测风塔数据 2013 年 9月份以后的新测数据作为参考。测风具体情况详见表 2.3-1。测风塔完好率具体情况详见表 2.3-2。表表 2.3-1 测风塔及其配置情况测风塔及其配置情况 塔号 高程 位置 配置情况 测风情况 测风时段 取得10min数据 1003 1330m E 118 53.212 N 026 28.571 风速观测层高为80mAB/60m/50m/30m/10m 风向观测层高为80m/10m 8m 高层有温度器和气压传感器 2011-11-62013-2-19 67,824 组 1003 1330m E 118 53.212 N 026 28.571 风速观测层高为80mAB/60m/50m/30m/10m 风向观测层高为80m/10m 8m 高层有温度器和气压传感器 2013-9-272014-5-4 31308 组 3001 1350m E 118 54.732 N 026 28.876 风速观测层高为80mAB/70m/50m/30m/10m 风向观测层高为80mAB/10m 8m 高层有温度器和气压传感器 2013-11-62014-5-4 22834 组 表表 2.3-2 风电场测风塔风电场测风塔完好率完好率情况情况 塔号 测风情况 测风时段 取得 10min 数据 数据完好率 1003 2012-01-012012-12-31 52,704 组 98.63%1003 2013-9-272014-5-4 31,308 99.18%3001 2013-11-62014-5-4 22,834 99.13%2.3.2.2 测风数据合理性检验（1）数据范围检验 根据 1003 号测风塔 10min 数据进行统计，对平均风速，最大风速，风向数值范围统计见表 2.3-3。表表 2.3-3 测风塔测风数据范围统计表测风塔测风数据范围统计表 1003 测风塔风速范围统计测风塔风速范围统计 层高（m）实测平均风速范围（m/s）范围评价 80 0.422.8 正常 60 0.420.7 正常 50 0.419.4 正常 30 0.417.0 正常 10 0.413.5 正常 风向范围统计 层高（m）风向范围 范围评价 80 0360 正常 10 0360 正常 由于风电场海拔较高，在约 12001487m 左右，冬季气温低，1003 号测风塔实测最低气温达到-6.5，由于该地区位于闽中北部地区，湿度高，冬季气温低，在某些极端低温风速较小的时候极易发生凝冻覆冰的情况，因此建议测风塔维护及风机选型需应考虑极端气候情况。下表为测风塔冬季覆冰凝冻情况。表表 2.3-4 测风测风塔冬季覆冰天数统计塔冬季覆冰天数统计 测风时间 塔号 覆冰天数 2011-11-62013-2-9 1003 23 2013-9-272014-5-4 1003 13 2013-11-62014-5-4 3001 13（2）测风数据相关性检验 将 1003 号测风塔各个通道的测风数据互相进行全象限相关性分析，结果如下：表表 2.3-5 1003 号塔测风数据全象限相关性分析成果号塔测风数据全象限相关性分析成果 各个通道的测风数据互相进行全象限相关性分析成果 互相对比的测风通道 相关方程 R 80m/60m y=1.019x+0.421 0.9552 80m/50m y=0.962x+0.345 0.9791 80m/30m y=1.086x+0.207 0.8782 60m/50m y=0.849x+0.226 0.9868 60m/30m y=1.093x-0.127 0.9665 50m/30m y=1.071x+0.54 0.9189 因测风塔 10m 通道的风速传感器损坏，故 10m 通道不参与与其他通道的相关性分析，由上表可以得出主要各层数据相关性都大于 0.9，说明 1003 号测风塔数据相关性很好。（3）测风数据趋势检验 表表 2.3-6 根据根据 GB/T18710-2002 标准，统计标准，统计 1003 号测风塔实测不合理数据号测风塔实测不合理数据 测风高度 主要参数合理参数值 数据总量 不符合判据数据（个数）比例(%)10-80m 平均风速的一小时变化6m/s 52704 0 0.00 0小时平均值40m/s 52704 0 0.00 80mA/60m 高度小时平均风速差值2m/s 8784 0 0.00 80mA/50m 高度小时平均风速差值3m/s 8784 2 0.02 80mA/30m 高度小时平均风速差值5m/s 8784 0 0.00 80mB/60m 高度小时平均风速差值2m/s 8784 0 0.00 80mB/50m 高度小时平均风速差值3m/s 8784 0 0.00 80mB/30m 高度小时平均风速差值5m/s 8784 2 0.02 60m/50m 高度小时平均风速差值1m/s 8784 5 0.05 60m/30m 高度小时平均风速差值3m/s 8784 0 0.00 50m/30m 高度小时平均风速差值22 0.00 0.00 051015200481216频率频率(%)测风塔测风塔80m高度风速高度风速WellBull曲线分布曲线分布代表年代表年80m高度风速高度风速(m/s)实测数据最佳 Weibull 拟合曲线分布(k=2.14,c=6.44 m/s)图图 2.4-8 测风塔代表年测风塔代表年 80m 高度风速高度风速 WEIBULL 分布曲线分布曲线 2.52.5 结论和建议结论和建议 （1）1003 号测风塔处代表年离地 80m 高处的年平均风速为 5.735m/s，年平均风功率密度为 193W/m2；有效风时为 6456h，全年有效风能密度为1597.13kWh/m2。风电场的主导风向较为集中，E 为风电场的主导风向，场址风能资源具有规模开发的价值。（2）由于九仙山气象站同本风电场测风塔的相关性较差，本报告不建议使用九仙山气象站对测风塔数据进行长期代表年订正。本报告收集到距离风电场约 22.1 公里的中尺度数据，与风电场测风数据达到中度相关，个别象限接近高度相关，因此本报告使用中尺度数据对测风数据进行长期订正。（3）本阶段确定风电机组极限风速的安全等级为 III类或者相应特殊设计的S级。本风电场易受闽东北部台风外围，或者中部过境热带气旋的影响，建议风机选型中定制相关的风暴期间控制策略，不仅可以保证风机在风暴期间安全运行也能有效提高风机的在风暴期间的生产能力。（4）根据计算出的湍流强度值，本阶段暂推荐选用 IEC B 类及以上类型的机型。测风塔位置的实测数据仅能说明风电场测风塔位置的湍流强度较小，风电场场址较大，地形起伏，测风塔湍流情况并不能完全代表风电场全场的湍流情况，建议项目在微观选址阶段同风机厂家认真复核各个机位的载荷。（5）风电场范围内已经树立了两座测风塔，其中 1003 号测风塔已经测满一年，3001 号测风塔已经观测半年以上，场址测风工作开展良好。但是 1003号塔修复后的实测数据及 3001 号塔的数据均还未满一年，建议测风单位完善测风设施，定期维护，保持继续观测，获取更多的测风数据，下阶段将根据新获得的实测数据复核风资源评估成果。（6）由于风电场海拔较高，在约 12001487m 左右，遇到雷暴灾害的概率极高，因此本风电场的防雷接地设计必须给予高度重视，以保证设备安全。冬季气温低，1003 号测风塔实测最低气温达到-6.5，由于该地区位于闽中北部地区，湿度高，冬季气温低，不排除风电场极端气温低于-10的可能性，在某些极端低温的时候极易发生凝冻覆冰的情况，建议本风电场的机型选择，集电线路，及变电站开关设备的设计应考虑极端低温发生凝冻覆冰的情况，以保证设备在极端工况下可以正常运行。2.62.6 附图附图 0501001502002500123456701234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度 图图 2.6-1 测风塔测风塔位置位置代表年代表年 80m 高度处风速和风功率密度日变化曲线图高度处风速和风功率密度日变化曲线图 050100150200250300350012345678123456789101112w/m2m/s月风速风功率密度 图图 2.6-2 测风塔测风塔位置位置代表年代表年 80m 高度处风速和风功率密度年变化曲线图高度处风速和风功率密度年变化曲线图 0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26频率风速风速风功率密度 图图 2.6-3 测风塔测风塔位置位置代表年代表年 80m 高度处风速和风能频率分布直方图高度处风速和风能频率分布直方图 图图 2.6-4 测风塔测风塔位置位置代表年代表年 80m 高度风向、风能玫瑰图高度风向、风能玫瑰图 一月一月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%二月二月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%三月三月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%四月四月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%五月五月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%六月六月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%七月七月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%八月八月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%九月九月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%十月十月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%十一月十一月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%十二月十二月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 0%calm10%20%30%图图 2.6-5 测风塔位置代表年测风塔位置代表年 80m 高度处逐月风向玫瑰图高度处逐月风向玫瑰图 一月一月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%二月二月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%三月三月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%四月四月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%五月五月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%六月六月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%七月七月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%八月八月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%九月九月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%十月十月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%十一月十一月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%十二月十二月0 22.5 45 67.5 90 112.5 135 157.5 180 202.5 225 247.5 270 292.5 315 337.5 20%40%60%图图 2.6-6 测风塔位置代表年测风塔位置代表年 80m 高度处逐月风能玫瑰高度处逐月风能玫瑰 020406080100120140160180012345601234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度1月月0204060801001201401601802000123456701234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度2月月 05010015020025030035001234567801234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度3月月 05010015020025030035001234567801234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度4月月 0501001502002500123456701234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度5月月 0204060801001201401601802000123456701234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度6月月 05010015020025030035001234567801234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度7月月 0100200300400500600012345678901234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度8月月 05010015020025001234567012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23w/m2m/s时风速风功率密度9月月 0204060801001201401601800123456012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23w/m2m/s时风速风功率密度10月月 050100150200250300012345678012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23w/m2m/s时风速风功率密度11月月 050100150200250300350400450012345678901234567891011121314151617181920212223w/m2m/s时风速风功率密度12月月 图图 2.6-7 测风塔测风塔位置位置代表年代表年 80m 高度处逐月风速和风功率密度日变化高度处逐月风速和风功率密度日变化