（辽宁龙源新能源发展有限公司 辽宁沈阳 110000）
摘要：文章对位于辽宁省朝阳市的敖力营子风电场的月发电量进行统计，基于测风塔超声测风设备的风速资料，对风力机单机、装机总量的风力资源进行统计分析，给出该风电场发电潜力评估结果，为月发电量计划制定提供参考，为风电扩容提供基础数据支持。
关键词：测风塔；风机；风力资源；风能密度；有效风能
引言
空气的水平流动形成了风，空气流动形成的动能称为风能（风力资源）。按分布和规模分类，风的种类主要有大气环流、季风环流、局地环流和地形加速等。大气环流是决定全球风力资源分布最基础、最重要的因素；我国是典型季风气候的国家，季风环流决定了我国风力资源四季分布的基本形式；局地环流和地形加速受地理条件影响，是决定风电场风力资源的主要条件。
敖力营子风电场位于辽宁省朝阳市（42.68°N，122.82°E），处于典型的西风带。地形地貌属草原砂石下垫面的丘陵地区，受太阳辐射增温影响，具有显著的局地环流特点。由于地势开阔，同时具有地形加速的特征。因此，敖力营子风电场具有丰富的风力资源，还有巨大的开发潜力，文章统计分析基于某型风机目前的发电能力，对比基于测风塔观测的三年风速数据统计的风力资源，评估敖力营子风电场的风力资源潜力，为月发电量计划制定提供参考，为风电扩容提供基础数据支持。
1 敖力营子风电场的风力资源统计分析
1.1基于测风塔超声测风设备的平均风速值统计
风速是不稳定的随机变量，目前国际上对风力资源进行分析并计算风能的基本数据是每小时的平均风速值。每小时的平均风速值测试方法主要有下列三种：
一是将每小时内测量的瞬时风速取算术平均值；
二是将每小时最后10分钟内测量的风速取平均值，作为每小时的风速平均
三是将每小时内几个瞬时风速测量值取平均值，作为每小时的风速平均值。
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文章分析的数据是基于测风塔的超声测风设备，具有高采样率的优点，风速平均值为上述第一种。由每小时平均风速值为基础，计算出每日、每月的平均风速值。最近2年的月平均风速值详见表1，风速单位：m/s。
1.2风能计算方法
风能的利用就是将流动的空气的动能转化为其它形式的能量。仅知道风电场的平均风速值是不够的，这是因为我们不能捕获并转化所有风能。我们要分析的是由于空气的流动在单位时间通过单位截面的能量，这就是风能密度。风能密度是风在单位时间内垂直通过风机界面单位面积所做的功，即：
W=3
这就是风能密度公式，其中ρ为风电场空气密度，单位kg/m3；ν为风速，单位m/s。这个公式的物理意义是在密度为ρ的流动速度为ν的空气中，单位时间内通过单位界面的风能为W。
在计算风能密度的基础上，进一步分析有效可用风能。根据GB8974-88风力机名词术语的定义：起动风速是指风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最小风速；切入风速是指风力机对额定负载开始有功率输出的最小风速；切出风速（顺桨风速或停机风速）是指由于调节器的作用使风力机对额定负载停止功率输出的风速。工作风速是指风力机对额定负载有功率输出的风速范围，一般为3~20m/s。额定风速（设计风速）是设计参考风速，与额定功率相对应。
因此，风力机就有一个工作风速范围，即从切入风速到切出风速，称为工作风速，即有效风速。切入风速到切出风速之间的风能，称为有效风能。风能计算公式为：
E=3
其中E为风能，单位J；ρ为空气密度，单位kg/m3；t为时间，单位s；s为风机的扫掠面积，单位m2；ν为风速，单位m/s。由风能公式可知，风功率密度只和空气密度和风速有关，对于敖力营子风电场，视空气密度为常量时，风功率密度只由风速决定。
由于空气流动符合流体运动规律，风速分布具有随机性，其每时每刻都在发生速度和方向变化，因此用瞬时风速数据计算风功率密度是没有代表意义的，这是文章采用长期风速观测数据进行评估的原因。
风功率密度越高，则该地区风能资源越好，风能利用率也越高。风功率密度的计算可依据敖力营子风电场气象站年实际观测数据，也可利用WAsP软件对风速风向数据进行精确的分析处理。文章的评估方法采用前者。
2 风电场的月发电量统计
敖力营子风电场装机容量14.85MW，最近2年的月发电量统计详见表2，单位：万kWh。
3 风电场风力资源统计
3.1某型风机的风力资源统计
敖力营子风电场安装联合动力UP82-1500型风机，单机容量1500kW，叶片直径82m，最大扫风面积s为5278.34m2。按照1.2的风能计算方法，利用测风塔的月平均风速值，可以计算得到单机的风力资源（空气密度取常量1.29kg/m3），单位：kWh。详见表3。
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3.2敖力营子风电场装机总量风力资源统计
敖力营子风电场装机总量为99台同型风机，按照1.2的风能计算方法，利用测风塔的月平均风速值，可以计算得到风电场装机总量的风力资源（空气密度取常量1.29kg/m3），单位：kWh。详见表4。
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4 敖力营子风电场的发电潜力评估
4.1 风电场发电潜力评估
风电场发电潜力是指装机总量的风力资源和实际发电量之间的差异，对比表2和表4的敖力营子风电场的月发电量和风力资源，可得到风电场月发电潜力（单位：万kWh）评估数据。通过这个差值，可以评估每月发电量的剩余量。也可通过发电量占比（%）来评估实际发电量占装机总量的风力资源的比重。详见表5。
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4.2风电场的风能资源储量统计
敖力营子风电场的风能资源储量，按测风塔年平均风速和现有装机量计算，年均风能储备为73335.1万kWh；当装机容量达到极限值（联合动力UP82-1500型风机，单台机组占地面积289m2，机组之间间隔500m，按建设设计排列的双倍计算），风能储备可达146670.3万kWh。
5 结束语
（1）敖力营子风电场发电量占比在29.9%~78.9%之间，平均值占比为53.02%；在现有装机总量的条件下，月平均发电潜力为3031.92万kWh，年发电潜力总量36383.04万kWh。
（2）敖力营子风电场风能储备为146670.3万kWh，按现有型号的风机发电能力，还可扩展装机约100台。
文章的评估结果虽然是基于测风塔的实测风数据，但在计算统计过程中对评估方法进行了简化，是趋近于实际的理想化评估，这里没有考虑剩余风能，也没有考虑在风向方向上风机叠加状态下，由于风速衰减造成的风能不均匀分布情况，只是简单地考虑月平均风速对所有风机的输入风能都是一致的，这与实际情形不符，结果会有所偏大。
参考文献：
[1]刘克俭，谷安国.风能的计算方法[J].新疆农业科学，1996（6）：276-278.
[2]张一民，徐继先.江苏省风能简便计算方法的研究[J].气象科学，1997.
[3]吴婷婷.风电场风能资源评估中重要参数的计算与应用[J].内蒙古工业大学，2015.
[4]刘志远，彭秀芳，冯莉黎.风电场风能储量和技术开发量估算方法[J].中国风电生产运营管理，2015.