昌马风电场风资源状况分析

　　式中：t为平均气温（℃）；p为平均气压（hPa）；e为平均水汽压（hPa）。
　　计算得出玉门镇气象站空气密度为1.059kg/m3。昌马风电场场址平均海拔高程与玉门镇气象站（1526m）基本相同，且距离较近，故昌马风电场场址空气密度采用1.059kg/m3。
　　2.2 风能计算
　　2.2.1 平均风速及风功率密度
　　90m高度风速由70m高度风速数据推算（切变指数为0.12），风向采用70m高 度风向，测风塔90m高度代表年月平均风速统计见表3。
　　测风塔90m高度年平均风速为7.91m/s，年有效风速（3.0m/s～25.0m/s）时数为8006h，平均风功率密度为495W/m2。
　　表3 测风塔90m高度代表年各月平均风速、风功率密度统计表
　　风速：m/s；风功率密度：w/m2
　　2.2.2 风频曲线及威布尔参数
　　风频曲线采用威布尔分布，概率分布函数用下式表示：
　　式中：V为风速；A、K为威布尔参数。
　　用WASP9.0程序进行威布尔曲线拟合计算，得到测风塔各个高度的A、K、U、P值见表4。
　　测风塔90m高度平均风速威布尔分布图见图4，由图4可以看出，测风塔90m高度风速概率分布与威布尔分布曲线拟合情况较好。
　　2.2.3 风速、风向特性
　　测风塔90m高度年风向和风能玫瑰图分别见图5、6，测风塔90m高度全年各扇区风向和风能分布统计见表5。
　　从表5可以看出，测风塔90m高度主风向和主风能方向一致，以西（W）风和东（E）风的风向和风能频率最高。西风向频率占全年的19.32%，风能频率占全年的32.62%，东风向频率占全年的19.73%，风能频率占全年的27.61%。
      测风塔90m高度风速主要集中在3.0m/s～12.0m/s，占全年的77.89%，风能占全年的46.16%；13.0m/s～25.0m/s风速段占全年的13.49%，风能占全年的53.83%；而小于3m/s的风速约占全年的8.62%，风能占全年的0.59%。测风塔90m高度风速、风能频率分布统计见表6。
　　2.2.4 风切变指数
　　风切变指数按下式计算：
　　式中：V2：高度Z2的风速，m/s；V1：高度Z1的风速，m/s
　　拟合测风塔不同高度及其对应风速相关关系的方程，方程为Y=4.7928X0.1243，相关系数为0.999，相关性较好，切变指数为0.1243。
　　2.2.5 50年一遇最大风速
　　根据玉门镇气象站近30年实测年最大风速采用极值I型概率分布统计出50年一遇10m高度最大风速为28.08m/s，极大风速为39.3m/s。50年一遇最大风速计算公式为：
　　式中：V为风速；u=16.85为分布位置参数；？琢=0.3474为分布尺度参数。
　　推算至70m、80m、90m和100m高度50年一遇极大风速分别为51.62m/s、52.60m/s、53.47m/s和54.26m/s。
　　根据风压公式：
　　式中：g为重力加速度，γ为重度。标准大气压（1013.3毫巴），常温（15℃）时干空气重度为1.225kg/m3。
　　风电场空气密度为1.059kg/m3，考虑到空气密度的变化，将风场当地50年一遇极大风速用风压公式订正到标准空气密度条件下。经计算标准空气密度条件下50年一遇极大风速相当于空气密度为1.059kg/m3时的92.98%，即风场70m、80m、90m和100m高度50年一遇极大风速订正到标准空气密度条件下分别应为48.00m/s、48.90 m/s、49.71m/s和50.45m/s，小于52.5m/s。
　　昌马风电场测风塔70m高度记录的实测风速极大值为50.90m/s，出现在2008年12月21日。测风塔在2008年12月21日极大风速大于40m/s记录32条，在2009年12月24日和25日极大风速大于40m/s记录14条。分析附近测风塔同期资料，附近塔该时段极大值为30m/s左右。综合分析认为该地区不排除个别区域出现较大阵风的可能。
　　2.2.6 湍流强度
　　风速段湍流强度按下式计算：
　　IT=σ/V
　　式中：V为14.5m/s　　将测风塔70m高度15m/s风速段平均风速和相应风速标准偏差代入上式计算，求出70m高度湍流强度为0.077。低于0.12，湍流强度较小。
　　3 风能资源评价
　　从以上分析可知，该风电场以西（W）风、东（E）风的风向和风能频率最高，盛行风向稳定。风速冬春季大，夏季小。
　　该风电场90m高度年有效风速（3.0m/s～25.0m/s）时数为8006h，风速频率主要集中在3.0m/s～12.0m/s，3.0m/s以下和25.0m/s以上的无效风速少，无破坏性风速，风速年内变化小，全年均可发电。
　　用WASP9.0软件推算得到90m高度年平均风速为8.06m/s，平均风功率密度为501W/m2，威布尔参数A=9.1，k=2.12，根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级达到3级，风能资源比较丰富。
　　由玉门镇气象站近30年资料推算70m、80m、90和100m高度50年一遇极大风速分别为48.00m/s、48.90m/s、49.71m/s和50.45m/s，小于52.5m/s。15m/s风速段湍流强度为0.077，小于0.12，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1（2005）判定该风电场可选用适合IECⅢ及其以上安全等级的风机。
　　根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级已达到3级，说明该风电场风能资源比较丰富，具有较好的开发前景。
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