風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的水文氣象工作分析

魯燕

摘要：水文氣象工作是風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其涉及風(fēng)電場(chǎng)的選址、設(shè)站觀測(cè)、收集資料、分析成果等環(huán)節(jié)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)具有直接的影響。由于風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的水文氣象工作量較大，從選址到建成等需要準(zhǔn)確完整的水文氣象數(shù)據(jù)，這就要做好風(fēng)資源的分析工作，從而保證風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的正常開展，實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文就對(duì)風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的水文氣象工作進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)；水文氣象工作

一、風(fēng)電場(chǎng)的選址

在風(fēng)電場(chǎng)選址過程中，應(yīng)該充分利用當(dāng)?shù)氐臍庀笳揪W(wǎng)，詳細(xì)了解擬選場(chǎng)址地區(qū)的季節(jié)變化情況、風(fēng)速變化情況、盛行風(fēng)向穩(wěn)定性、臺(tái)風(fēng)對(duì)當(dāng)?shù)赜绊憽⑼牧鲝?qiáng)度情況、風(fēng)的垂直切變情況等，做好復(fù)雜地形對(duì)風(fēng)向風(fēng)速影響的分析工作。通常在選址時(shí)應(yīng)盡可能選擇平坦的地區(qū)，以便充分利用附近區(qū)域的現(xiàn)有資料，有效縮短勘測(cè)設(shè)計(jì)的時(shí)間，減少觀測(cè)工作量。針對(duì)山谷地形，如果山谷走向和風(fēng)向垂直，表明山谷內(nèi)的風(fēng)速小于平地的風(fēng)速，如果山谷走向和風(fēng)向一致，則說明山谷內(nèi)的風(fēng)速大于平地的風(fēng)速。將風(fēng)電場(chǎng)的站址選擇在山谷內(nèi)，必須要使山谷走向與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向保持一致，有效利用山脊和山丘等地形對(duì)氣流的壓縮作用及其高度抬升的作用，注重因地形強(qiáng)烈變化而引起的湍流和風(fēng)切變，因此風(fēng)電場(chǎng)的站址可選擇在與盛行風(fēng)向相切的山頂、山丘兩側(cè)上部、山丘迎風(fēng)面。如果山脊的水平延伸較長(zhǎng)，脊線與盛行風(fēng)向斜交的地形，應(yīng)該綜合考慮脊線的形狀和山脊的高度，對(duì)各個(gè)方面加以統(tǒng)籌分析來選擇風(fēng)電場(chǎng)站址。值得注意的是，場(chǎng)址大小的選擇也是選址中的關(guān)鍵內(nèi)容，在選址過程中還要考慮到潮汐、內(nèi)澇、洪水等因素對(duì)風(fēng)電場(chǎng)可能造成的影響。

二、設(shè)站觀測(cè)

風(fēng)電場(chǎng)與氣象部門的氣象臺(tái)站相距甚遠(yuǎn)，若對(duì)這些站點(diǎn)的風(fēng)資源進(jìn)行直接引用，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出風(fēng)機(jī)的功率輸出特征，往往無法保證其精度。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，風(fēng)電場(chǎng)站址觀測(cè)的風(fēng)向風(fēng)速資料至少要連續(xù)觀測(cè)一年，資料準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)要超過總記錄數(shù)據(jù)的90%。當(dāng)然觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短尚有待商榷，如果風(fēng)電場(chǎng)附近有風(fēng)資料，可以利用短期對(duì)比觀測(cè)來證明附近風(fēng)資料的使用效果，這樣便可不用長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)；而若風(fēng)電場(chǎng)附近風(fēng)資料缺乏一定的代表性，風(fēng)向風(fēng)速具有明顯的季節(jié)變化，則必須要進(jìn)行長(zhǎng)期對(duì)比觀測(cè)，從而計(jì)算出準(zhǔn)確的風(fēng)能功率輸出特征。風(fēng)電場(chǎng)建站觀測(cè)的重要內(nèi)容之一就是在觀測(cè)不同高度的風(fēng)向風(fēng)速時(shí)，認(rèn)真分析下墊面粗糙度與風(fēng)速沿高度方向上的變化。另外，測(cè)風(fēng)資料的好壞直接影響著風(fēng)機(jī)出力的優(yōu)劣，對(duì)測(cè)風(fēng)設(shè)備具有重要意義，在空曠處安裝測(cè)風(fēng)儀時(shí)應(yīng)盡量避開房屋和樹林等的阻擋。

三、資料的收集

一般來說，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)況的分析方法有三種：①觀測(cè)風(fēng)電場(chǎng)的短期風(fēng)況后，將其與附近長(zhǎng)期站資料進(jìn)行對(duì)比分析：②對(duì)風(fēng)電場(chǎng)附近地區(qū)的氣象資料加以使用：③直接引用風(fēng)電場(chǎng)1年以上的風(fēng)資料，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，但是要想保證風(fēng)電場(chǎng)觀測(cè)資料的代表性較強(qiáng)，有效反映出當(dāng)?shù)仫L(fēng)況，至少要做到1-3年的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。由此可見，風(fēng)資料的收集工作顯得尤為重要。現(xiàn)階段，許多氣象站都位于城郊或城內(nèi)，其所處環(huán)境與風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境存在明顯的差異，因此在收集風(fēng)資料的過程中，要對(duì)氣象站環(huán)境情況進(jìn)行詳細(xì)了解，以此選擇適應(yīng)測(cè)風(fēng)環(huán)境的風(fēng)資料，充分發(fā)揮出短期測(cè)風(fēng)成果的作用。有些風(fēng)電場(chǎng)周邊地區(qū)設(shè)置有多個(gè)氣象站點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)與站點(diǎn)之間、站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的自然條件有所不同，這就要求詳細(xì)了解周邊氣象站點(diǎn)的地形條件、觀測(cè)方法及其與風(fēng)電場(chǎng)的距離等，選擇具有代表性的氣象站作為參證站，恰當(dāng)選取參證資料，確保風(fēng)機(jī)選型與風(fēng)能計(jì)算的正確性。除氣象站提供的風(fēng)況資料之外，其他部門也會(huì)提供風(fēng)況資料，如福建省的一些沿海鹽場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)況觀測(cè)，這些站點(diǎn)的自然條件接近于風(fēng)電場(chǎng)，但由于其觀測(cè)缺乏規(guī)范性，觀測(cè)的設(shè)備不夠先進(jìn)，因而收集這些資料時(shí)應(yīng)詳細(xì)了解觀測(cè)方法和測(cè)站位置，以便取舍。

四、分析成果

風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的水文氣象工作主要是對(duì)風(fēng)能系統(tǒng)的影響因素展開工作，如極端大風(fēng)的發(fā)生頻率、間歇期與多風(fēng)氣的時(shí)間序列特性、風(fēng)向風(fēng)速的高度變化、空氣密度的日變化和季節(jié)變化、風(fēng)向發(fā)生突變和風(fēng)向頻率的概率、風(fēng)速的概率分布、平均風(fēng)速的變化等：同時(shí)也要分析暴雨、潮汐、洪澇對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響，進(jìn)而驗(yàn)證參證站引用的水文氣象資料。風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源的評(píng)價(jià)與計(jì)算，而水文氣象工作的關(guān)鍵則是分析風(fēng)電場(chǎng)的周邊氣象站資料以及實(shí)測(cè)資料等。由于人為因素和測(cè)風(fēng)設(shè)備因素的影響，必須要檢測(cè)已獲得的風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)資料數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行排除：同時(shí)在檢測(cè)中可能會(huì)導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)丟失，若丟失的數(shù)據(jù)較多，則需構(gòu)建相關(guān)方程來補(bǔ)齊空缺。

風(fēng)資源分析的重要工作也包括參證氣象站的選擇。隨著城市化進(jìn)程的加快，有些氣象站已被周圍建筑物所包圍，氣象站風(fēng)速逐年變小，因而選取參證站時(shí)應(yīng)結(jié)合搜集的資料及氣象站具體情況，選擇代表性好、數(shù)據(jù)完整、長(zhǎng)期觀測(cè)的氣象站與資料，然后計(jì)算分析測(cè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)資源。如果選擇與風(fēng)電場(chǎng)相距較遠(yuǎn)的氣象站，應(yīng)該從地貌地形、主導(dǎo)風(fēng)向的變化、周期環(huán)境的變化、不同季節(jié)風(fēng)況的變化、主導(dǎo)方向等方面進(jìn)行考慮。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)擬建或正在建的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模都不夠大，擴(kuò)大規(guī)模來形成良好的經(jīng)濟(jì)效益，將會(huì)成為風(fēng)電場(chǎng)的重要發(fā)展趨勢(shì)。在風(fēng)電機(jī)安裝數(shù)量增加的背景下，風(fēng)能損失與風(fēng)機(jī)排列方式的關(guān)系也會(huì)成為重要的研究方向。

結(jié)束語：隨著環(huán)境保護(hù)理念的深入人心，發(fā)展風(fēng)電深受國(guó)家與各級(jí)政府的重視，而水文氣象工作作為風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，具有工作量大等特點(diǎn)，從選址到見后都需提供準(zhǔn)確、全面、完整的水文氣象數(shù)據(jù)，因此提高水文氣象人員的能力顯得尤為重要。在風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)過程中，資料收集、設(shè)站觀測(cè)、站址選擇這三者之間具有密切的關(guān)系，站址的選擇對(duì)設(shè)站觀測(cè)、資料收集具有極大的影響。在水文氣象專業(yè)風(fēng)電勘測(cè)技術(shù)規(guī)定不齊全的現(xiàn)狀下，希望盡快出臺(tái)相關(guān)的文件，確保風(fēng)電勘測(cè)工作的規(guī)范發(fā)展。endprint