一種基于wrf模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法，主要步驟有：1）獲取WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)；2）建立風(fēng)的垂直切變模型；3）建立風(fēng)速概率模型；4）估算空氣密度；5）評(píng)估風(fēng)功率密度和年發(fā)電量。本發(fā)明的方法通過(guò)WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)評(píng)估海上風(fēng)資源，有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)的風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)準(zhǔn)確率低的不足。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)資源評(píng)估方法，更具體地說(shuō)，涉及一種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)風(fēng)電技術(shù)總體起步較晚，海上風(fēng)電目前更是剛剛開(kāi)始，對(duì)海上風(fēng)電的各項(xiàng)技術(shù)包括海上風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)的研究方興未艾。風(fēng)能資源評(píng)估是開(kāi)發(fā)風(fēng)電的前提，是進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)機(jī)選型、機(jī)位布局、發(fā)電量估算和經(jīng)濟(jì)概算的基礎(chǔ)。風(fēng)資源評(píng)估的準(zhǔn)確性直接決定著風(fēng)電開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的好壞，這一點(diǎn)在投資風(fēng)險(xiǎn)大的海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)中表現(xiàn)得尤為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，離岸IOkm的海上風(fēng)速通常比沿岸陸上高約25%，則最終發(fā)電量約大70%，這樣風(fēng)資源評(píng)估的微小誤差將會(huì)放大成較大發(fā)電量誤差，最終導(dǎo)致風(fēng)電開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的巨大損失。
[0003]目前，我國(guó)的傳統(tǒng)的風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)，是針對(duì)陸地風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展起來(lái)的。該技術(shù)主要是依據(jù)風(fēng)場(chǎng)當(dāng)?shù)販y(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)和WAsP地表校正模型來(lái)進(jìn)行估計(jì)，大致可分為如下步驟:
(I)取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。一般此數(shù)據(jù)為風(fēng)場(chǎng)實(shí)地所在的測(cè)風(fēng)塔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括多個(gè)垂直層(如10米、50米、70米、輪轂高度)等風(fēng)速/風(fēng)向測(cè)值，以及地表的溫度、濕度、氣壓等測(cè)值。在具備附近的長(zhǎng)期氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的條件下，可利用長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以消除風(fēng)速年度波動(dòng)的偶然性。
[0004](2)取得輪轂高度的風(fēng)速序列。一般測(cè)風(fēng)塔上有選定風(fēng)機(jī)輪轂高度的實(shí)測(cè)值，如果沒(méi)有(如使用數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)時(shí))，需要使用風(fēng)速隨地表高度變化的經(jīng)驗(yàn)公式，即風(fēng)速垂直切變模型，以擬合出輪轂高度的風(fēng)速值。一般常用的垂直切變模型有對(duì)數(shù)率和冪律兩種。
[0005](3)估計(jì)風(fēng)速的概率分布參數(shù)。一旦測(cè)風(fēng)塔位置上風(fēng)機(jī)輪轂高度的風(fēng)速測(cè)值序列確定，便可以得到該處風(fēng)速的概率分布。傳統(tǒng)風(fēng)資源評(píng)估方法通常假定風(fēng)電場(chǎng)所在的風(fēng)力場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向處處相同，從而該分布也就是整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速概率分布。
[0006]有的風(fēng)場(chǎng)坐落在地表影響較嚴(yán)重的區(qū)域，不能假定風(fēng)電場(chǎng)所在的風(fēng)力場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向處處相同，此時(shí)可以使用WAsP模型，或者高精度數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)地表曲面和植被、水汽等對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向的影響加以描寫(xiě)，從而得到風(fēng)場(chǎng)各個(gè)位置的風(fēng)速序列。由于我國(guó)未把高精度數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果積累為數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用上一般使用WAsP模型，該模型一般只能描寫(xiě)地表曲面不劇烈變化的區(qū)域，也無(wú)法描寫(xiě)水汽運(yùn)動(dòng)。
[0007](4)估計(jì)風(fēng)能密度和年發(fā)電量?？梢酝ㄟ^(guò)定義或者指定風(fēng)速概率密度下風(fēng)能密度的理論公式計(jì)算，或根據(jù)風(fēng)機(jī)廠(chǎng)家的出力曲線(xiàn)計(jì)算。這些公式一般假定空氣密度是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常量，可以通過(guò)潮濕理想氣體的空氣密度公式加以計(jì)算。
[0008]將此方法應(yīng)用到海上風(fēng)電場(chǎng)，評(píng)估海上風(fēng)資源時(shí)有如下問(wèn)題:
(O目前因成本等原因，尚較少海上安裝測(cè)風(fēng)塔和海上的長(zhǎng)期氣象觀(guān)測(cè)站，缺少海上的直接測(cè)風(fēng)數(shù)值。針對(duì)該問(wèn)題，有資料提出采用沿海的陸上氣象站測(cè)值，加上海面風(fēng)速對(duì)離岸距離的經(jīng)驗(yàn)公式加以估計(jì)，但因該經(jīng)驗(yàn)公式過(guò)于策略，無(wú)法描述海陸效應(yīng)對(duì)風(fēng)的影響，精度和可靠性較低。國(guó)外有的國(guó)家已經(jīng)架設(shè)了浮標(biāo)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，直接測(cè)量各種海域的風(fēng)況，但未曾有報(bào)導(dǎo)提及我國(guó)目前已經(jīng)建成類(lèi)似的系統(tǒng)。還有許多國(guó)外文獻(xiàn)使用美國(guó)NASA的Quik-SCAT衛(wèi)星遠(yuǎn)程測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)的公開(kāi)部分對(duì)中國(guó)附近海面的測(cè)值似只截止到2010年前后。
[0009]( 2 )若將風(fēng)電場(chǎng)建在熱帶季風(fēng)海面，風(fēng)垂直切變模型在該海面的適用性尚未明晰。國(guó)外資料中，對(duì)數(shù)率和冪律都有使用，國(guó)內(nèi)則有資料認(rèn)為冪律更合適。
[0010](3)雖然海面寬闊而平坦，仍然存在復(fù)雜的海陸效應(yīng)，該效應(yīng)并不能被WAsP模型所描寫(xiě)，即便是對(duì)于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，某些模式也未能充分描述海陸效應(yīng)。如廣東雷州半島以東洋面存在上升流(upwelling)效應(yīng)，導(dǎo)致大陸架處海面溫度異常降低，可能對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響，由于該效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制主要在大洋水體而非大氣，尚未確認(rèn)我國(guó)常用的數(shù)值預(yù)報(bào)模式是否對(duì)該效應(yīng)有描述。
[0011](4)有些海域常被高低壓交替支配，空氣密度不能假定為常量，甚至當(dāng)湍流較大時(shí)，空氣不能假定為水汽與理想氣體的混合，從而空氣密度計(jì)算公式的準(zhǔn)確性可能降低。
[0012]目前在使用WRF模式評(píng)估海上風(fēng)資源方面，還沒(méi)有相關(guān)成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種更為準(zhǔn)確的海上風(fēng)資源評(píng)估方法。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主要步驟包括:
步驟一，獲取WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)；
步驟二，根據(jù)步驟一獲取的數(shù)據(jù)代入風(fēng)的垂直切變冪律公式，估算其他高度上的風(fēng)速值，建立風(fēng)的垂直切變模型；風(fēng)垂直切變冪律公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于WRF模式的海上風(fēng)資源評(píng)估方法，其特征在于:主要包括以下步驟: 步驟一，獲取WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)； 步驟二，根據(jù)步驟一獲取的數(shù)據(jù)代入風(fēng)的垂直切變冪律公式，估算其他高度上的風(fēng)速值，建立風(fēng)的垂直切變模型；風(fēng)垂直切變冪律公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風(fēng)資源評(píng)估方法，其特征在于:步驟二還包括測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行均值校正:校正公式如下； St=S+μ 式中:S*為校正后`風(fēng)速；S為校正前風(fēng)速；β為校正因子。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103778572SQ201410061545
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】許愛(ài)東, 雷金勇, 申展, 黃燾, 郭曉斌, 張臻, 楊蘋(píng) 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華南理工大學(xué)