CN103778572A - 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 - Google Patents
一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103778572A CN103778572A CN201410061545.3A CN201410061545A CN103778572A CN 103778572 A CN103778572 A CN 103778572A CN 201410061545 A CN201410061545 A CN 201410061545A CN 103778572 A CN103778572 A CN 103778572A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- wind speed
- data
- formula
- density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于WRF模式的海上风资源评估方法,主要步骤有:1)获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据;2)建立风的垂直切变模型;3)建立风速概率模型;4)估算空气密度;5)评估风功率密度和年发电量。本发明的方法通过WRF数值天气预报数据评估海上风资源,有效地弥补传统的风资源评估技术准确率低的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种风资源评估方法,更具体地说,涉及一种基于WRF模式的海上风资源评估方法。
背景技术
我国风电技术总体起步较晚,海上风电目前更是刚刚开始,对海上风电的各项技术包括海上风资源评估技术的研究方兴未艾。风能资源评估是开发风电的前提,是进行风电场选址、风机选型、机位布局、发电量估算和经济概算的基础。风资源评估的准确性直接决定着风电开发经济效益的好坏,这一点在投资风险大的海上风电开发中表现得尤为突出。据统计,离岸10km的海上风速通常比沿岸陆上高约25%,则最终发电量约大70%,这样风资源评估的微小误差将会放大成较大发电量误差,最终导致风电开发经济效益的巨大损失。
目前,我国的传统的风资源评估技术,是针对陆地风电场发展起来的。该技术主要是依据风场当地测风塔数据和WAsP地表校正模型来进行估计,大致可分为如下步骤:
(1)取得实测数据。一般此数据为风场实地所在的测风塔的实测数据,该数据包括多个垂直层(如10米、50米、70米、轮毂高度)等风速/风向测值,以及地表的温度、湿度、气压等测值。在具备附近的长期气象观测数据的条件下,可利用长期数据,对现场实测数据进行校正,以消除风速年度波动的偶然性。
(2)取得轮毂高度的风速序列。一般测风塔上有选定风机轮毂高度的实测值,如果没有(如使用数值预报数据时),需要使用风速随地表高度变化的经验公式,即风速垂直切变模型,以拟合出轮毂高度的风速值。一般常用的垂直切变模型有对数率和幂律两种。
(3)估计风速的概率分布参数。一旦测风塔位置上风机轮毂高度的风速测值序列确定,便可以得到该处风速的概率分布。传统风资源评估方法通常假定风电场所在的风力场的风速和风向处处相同,从而该分布也就是整个风场的风速概率分布。
有的风场坐落在地表影响较严重的区域,不能假定风电场所在的风力场的风速和风向处处相同,此时可以使用WAsP模型,或者高精度数值预报数据对地表曲面和植被、水汽等对风速、风向的影响加以描写,从而得到风场各个位置的风速序列。由于我国未把高精度数值预报结果积累为数据库,应用上一般使用WAsP模型,该模型一般只能描写地表曲面不剧烈变化的区域,也无法描写水汽运动。
(4)估计风能密度和年发电量。可以通过定义或者指定风速概率密度下风能密度的理论公式计算,或根据风机厂家的出力曲线计算。这些公式一般假定空气密度是一个不随时间变化的常量,可以通过潮湿理想气体的空气密度公式加以计算。
将此方法应用到海上风电场,评估海上风资源时有如下问题:
(1)目前因成本等原因,尚较少海上安装测风塔和海上的长期气象观测站,缺少海上的直接测风数值。针对该问题,有资料提出采用沿海的陆上气象站测值,加上海面风速对离岸距离的经验公式加以估计,但因该经验公式过于策略,无法描述海陆效应对风的影响,精度和可靠性较低。国外有的国家已经架设了浮标测风系统,直接测量各种海域的风况,但未曾有报导提及我国目前已经建成类似的系统。还有许多国外文献使用美国NASA的Quik-SCAT卫星远程测风数据,但该数据的公开部分对中国附近海面的测值似只截止到2010年前后。
(2)若将风电场建在热带季风海面,风垂直切变模型在该海面的适用性尚未明晰。国外资料中,对数率和幂律都有使用,国内则有资料认为幂律更合适。
(3)虽然海面宽阔而平坦,仍然存在复杂的海陆效应,该效应并不能被WAsP模型所描写,即便是对于数值天气预报,某些模式也未能充分描述海陆效应。如广东雷州半岛以东洋面存在上升流(upwelling)效应,导致大陆架处海面温度异常降低,可能对风速产生影响,由于该效应的发生机制主要在大洋水体而非大气,尚未确认我国常用的数值预报模式是否对该效应有描述。
(4)有些海域常被高低压交替支配,空气密度不能假定为常量,甚至当湍流较大时,空气不能假定为水汽与理想气体的混合,从而空气密度计算公式的准确性可能降低。
目前在使用WRF模式评估海上风资源方面,还没有相关成果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更为准确的海上风资源评估方法。
为实现上述目的,本发明的主要步骤包括:
步骤一,获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据;
步骤二,根据步骤一获取的数据代入风的垂直切变幂律公式,估算其他高度上的风速值,建立风的垂直切变模型;风垂直切变幂律公式如下:
步骤三,根据步骤二得到的风速,通过以下表达式计算概率分布密度:
当数据足以充分估计Weibull的两个参数时:
当数据不足以充分估计Weibull的两个参数时,近似地认为风速分布满足Rayleigh分布:
步骤四,计算空气密度:
如果需要通过湿度换算成水汽压,换算方法是:
步骤五,根据上述步骤计算得到的数据,分别代入以下公式得到风功率密度和年发电量。
a,风功率密度
设定时段的平均风功率密度表达式为:
风功率密度在连续域上的表达式为:
b,年发电量
2,根据权利要求1所述的海上风资源评估方法,其特征在于:步骤二还包括测风塔数据对风速进行均值校正:校正公式如下;
采用这样的设计后,本发明能够得出一个更为准确的海上风资源的风功率密度和年发电量评估结果。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示,该方法包括以下步骤:
(1)获取WRF数据和测风塔数据;WRF数值天气预报数据来自于数值天气预报,其空间分辨率为27公里,时间分辨率为15分钟,该模式在中央气象台发布的T639等中尺度模式结果的基础上进一步细化。
(2)建立风的垂直切变模型,使用幂律来估计其他高度上的风速值。
风垂直切变幂律公式如下:
风垂直切变指数α随季节、时刻和地理位置的变化。
对于步骤2,进一步优选,用测风塔数据对WRF数据进采用均值的方式校正,对WRF数据进行校正。
(3)建立风速概率模型;
一般认为,风速分布符合双参数Weibull分布,其概率分布密度的表达式是:
当数据不足以充分估计Weibull的两个参数时,也可近似地认为风速分布满足Rayleigh分布,
(4)估算空气密度:从气体状态方程出发, 考虑水汽的影响,估算空气密度的方法是:
如果需要通过湿度换算成水汽压,换算方法是:
(5)估算风功率密度和年发电量
a,风功率密度
设定时段的平均风功率密度表达式为:
式中:—在设定时段内的记录数;
风功率密度在连续域上的表达式为:
b,年发电量
Claims (2)
1.一种基于WRF模式的海上风资源评估方法,其特征在于:主要包括以下步骤:
步骤一,获取WRF数值天气预报数据和测风塔数据;
步骤二,根据步骤一获取的数据代入风的垂直切变幂律公式,估算其他高度上的风速值,建立风的垂直切变模型;风垂直切变幂律公式如下:
步骤三,根据步骤二得到的风速,通过以下表达式计算概率分布密度:
当数据足以充分估计Weibull的两个参数时:
当数据不足以充分估计Weibull的两个参数时,近似地认为风速分布满足Rayleigh分布:
Rayleigh分布是Weibull分布在形状参数时的特殊情况;
步骤四,计算空气密度:
如果需要通过湿度换算成水汽压,换算方法是:
步骤五,根据上述步骤计算得到的数据,分别代入以下公式得到风功率密度和年发电量;
a,风功率密度
设定时段的平均风功率密度表达式为:
式中:—在设定时段内的记录数;
风功率密度在连续域上的表达式为:
b,年发电量
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410061545.3A CN103778572A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410061545.3A CN103778572A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103778572A true CN103778572A (zh) | 2014-05-07 |
Family
ID=50570772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410061545.3A Pending CN103778572A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103778572A (zh) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104331621A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-02-04 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | 一种风资源计算方法 |
CN105303457A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-02-03 | 清华大学 | 基于蒙特卡洛运行维护模拟的海上风资源评估方法 |
CN105842692A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-08-10 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 一种insar测量中的大气校正方法 |
CN106339568A (zh) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 中国电力科学研究院 | 一种基于混合背景场的数值天气预报方法 |
CN107767030A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-03-06 | 浙江大学 | 一种基于多源遥感卫星风速校正的海上风能资源评估方法 |
CN108122044A (zh) * | 2016-11-30 | 2018-06-05 | 中国电力科学研究院 | 一种辐射预测方法及系统 |
CN108399507A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-08-14 | 中国气象局公共气象服务中心 | 一种台风致灾影响的评估方法和装置 |
CN108649611A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-10-12 | 国网能源研究院有限公司 | 一种全球大型风电基地开发潜力评估方法 |
CN109583096A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 华润电力技术研究院有限公司 | 一种基于中尺度模型和微尺度模型结合的风资源计算方法 |
CN109961207A (zh) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 确定风资源的方法和装置 |
CN110533347A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-03 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
CN112348244A (zh) * | 2020-10-31 | 2021-02-09 | 华能新能源上海发电有限公司 | 一种基于风资源评估的风电场发电机组检修方法 |
CN112926212A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-08 | 航天科工智慧产业发展有限公司 | 一种内陆平原风能资源评估方法、系统及风机选址方法 |
CN116306026A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-06-23 | 南京信息工程大学 | 一种面向复杂地形的风能资源评估方法、设备及存储介质 |
CN116911462A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-10-20 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种近海风切变系数估计方法、装置及设备 |
CN116953703A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-10-27 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种近海风能评估方法、装置及设备 |
-
2014
- 2014-02-24 CN CN201410061545.3A patent/CN103778572A/zh active Pending
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104331621B (zh) * | 2014-11-05 | 2017-11-28 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | 一种风资源计算方法 |
CN104331621A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-02-04 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | 一种风资源计算方法 |
CN106339568B (zh) * | 2015-07-08 | 2019-04-05 | 中国电力科学研究院 | 一种基于混合背景场的数值天气预报方法 |
CN106339568A (zh) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 中国电力科学研究院 | 一种基于混合背景场的数值天气预报方法 |
CN105303457A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-02-03 | 清华大学 | 基于蒙特卡洛运行维护模拟的海上风资源评估方法 |
CN105303457B (zh) * | 2015-10-19 | 2021-09-21 | 清华大学 | 基于蒙特卡洛运行维护模拟的海上风资源评估方法 |
CN105842692A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-08-10 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 一种insar测量中的大气校正方法 |
CN105842692B (zh) * | 2016-03-17 | 2018-07-03 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 一种insar测量中的大气校正方法 |
CN108122044B (zh) * | 2016-11-30 | 2021-12-03 | 中国电力科学研究院 | 一种辐射预测方法及系统 |
CN108122044A (zh) * | 2016-11-30 | 2018-06-05 | 中国电力科学研究院 | 一种辐射预测方法及系统 |
CN107767030B (zh) * | 2017-09-25 | 2021-10-01 | 浙江大学 | 一种基于多源遥感卫星风速校正的海上风能资源评估方法 |
CN107767030A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-03-06 | 浙江大学 | 一种基于多源遥感卫星风速校正的海上风能资源评估方法 |
CN109961207A (zh) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 确定风资源的方法和装置 |
CN108399507B (zh) * | 2018-03-22 | 2022-02-25 | 中国气象局公共气象服务中心 | 一种台风致灾影响的评估方法和装置 |
CN108399507A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-08-14 | 中国气象局公共气象服务中心 | 一种台风致灾影响的评估方法和装置 |
CN108649611B (zh) * | 2018-06-12 | 2020-08-04 | 国网能源研究院有限公司 | 一种全球大型风电基地开发潜力评估方法 |
CN108649611A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-10-12 | 国网能源研究院有限公司 | 一种全球大型风电基地开发潜力评估方法 |
CN109583096A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 华润电力技术研究院有限公司 | 一种基于中尺度模型和微尺度模型结合的风资源计算方法 |
CN110533347A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-03 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
CN110533347B (zh) * | 2019-09-10 | 2023-04-18 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种风电场风资源计算方法、装置、设备及可读介质 |
CN112348244A (zh) * | 2020-10-31 | 2021-02-09 | 华能新能源上海发电有限公司 | 一种基于风资源评估的风电场发电机组检修方法 |
CN112926212A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-08 | 航天科工智慧产业发展有限公司 | 一种内陆平原风能资源评估方法、系统及风机选址方法 |
CN112926212B (zh) * | 2021-03-10 | 2023-10-13 | 航天科工智慧产业发展有限公司 | 一种内陆平原风能资源评估方法、系统及风机选址方法 |
CN116306026A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-06-23 | 南京信息工程大学 | 一种面向复杂地形的风能资源评估方法、设备及存储介质 |
CN116306026B (zh) * | 2023-05-12 | 2023-08-22 | 南京信息工程大学 | 一种面向复杂地形的风能资源评估方法、设备及存储介质 |
CN116911462A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-10-20 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种近海风切变系数估计方法、装置及设备 |
CN116953703A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-10-27 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种近海风能评估方法、装置及设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103778572A (zh) | 一种基于wrf模式的海上风资源评估方法 | |
Costoya et al. | Projections of wind energy resources in the Caribbean for the 21st century | |
Deppe et al. | A WRF ensemble for improved wind speed forecasts at turbine height | |
Amirinia et al. | Wind and wave energy potential in southern Caspian Sea using uncertainty analysis | |
Shimada et al. | Accuracy of the wind speed profile in the lower PBL as simulated by the WRF model | |
Nor et al. | Feasibility assessment of wind energy resources in Malaysia based on NWP models | |
Lee et al. | Assessment of offshore wind energy at Younggwang in Korea | |
Emeksiz et al. | In case study: Investigation of tower shadow disturbance and wind shear variations effects on energy production, wind speed and power characteristics | |
Maatallah et al. | Wind power assessment and evaluation of electricity generation in the Gulf of Tunis, Tunisia | |
Tiang et al. | Technical review of wind energy potential as small-scale power generation sources in Penang Island Malaysia | |
He et al. | Spatiotemporal analysis of offshore wind field characteristics and energy potential in Hong Kong | |
CN109784563B (zh) | 一种基于虚拟测风塔技术的超短期功率预测方法 | |
CN105894106A (zh) | 一种海洋模式和气象模式的一体化耦合方法 | |
Van Sark et al. | Do we really need rotor equivalent wind speed? | |
CN104036121A (zh) | 基于概率分布转移的测风数据风速订正方法 | |
Golbazi et al. | Methods to estimate surface roughness length for offshore wind energy | |
CN117390894B (zh) | 一种预测极端风暴潮位的方法 | |
Lorenz et al. | A dynamical downscaling of ERA‐Interim in the North Sea using WRF with a 3 km grid—for wind resource applications | |
CN108808671A (zh) | 一种风电场短期风速集合预报方法 | |
He et al. | Assessment of future wind resources under climate change using a multi-model and multi-method ensemble approach | |
CN111666725A (zh) | 一种适应非复杂地形风电场的测风塔规划选址方法及系统 | |
CN106408446B (zh) | 一种近海风电场风能计算方法 | |
Kutty et al. | Estimation of different wind characteristics parameters and accurate wind resource assessment for Kadavu, Fiji | |
CN115204712B (zh) | 一种海上和沿海风电场选址评估方法 | |
Donkers et al. | Offshore wind atlas of the Dutch part of the North Sea |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140507 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |