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四、风向
云贵高原常年西南季风,西部风能资源好于东部。我国南方大部分地区气候受青藏高原影响较大,冬季西风气流遭阻挡,分为南北两支,形成北脊南槽的环流形势;夏季,西南季风向北推进时,受阻于青藏高原分为两支,一支向西,另一支沿山脉走向,流向中国,扩大西南季风的影响范围。故云贵地区风向高度集中在SW、WSW,非常利于风能资源的充分利用。图11为云南地区主风能风向示意图。
青藏高原冬季为冷源,边界层里常出现冷高压,高原北部盛行西风,南部盛行东风;夏季相反,青藏高原为热源,边界层里多出现热低压,高原北部盛行东风,南部盛行偏西风。图12青海北部地区主风能风向示意图。
高原地区风向共同特点:
(1)风向高度集中,进行微观选址设计时,应尽量加大平行于主风能风向间间距,适当减小垂直于主风能风向机组间间距,尤其单列机组;
(2)风向高度集中,风质量好,偏航控制策略损失小,综合折减系数高。
五、风险因子
(一)冰冻
下图13为云、贵、四川、青海等气象基本站1971年-2000年年平均相对湿度分布图,云南地区相对湿度范围在60%-80%之间,滇南湿度大于滇北,这主要与西南季风带来的暖湿气流相关;贵州西部及四川中部湿度较大,相对湿度基本大于80%,四川西部相对湿度呈减小趋势,范围大概在50%-65%之间;青海省盆地地形相对湿度较小,一般小于30%,高原地带相对湿度在50%-65%之间。
可见,云贵高原地区相对湿度大,年平均相对湿度在70%以上,尤其高原东部的贵州地区湿度基本在80%以上,易形成冰冻、凝露等现象。
通过已运行的贵州某风电场实时监测数据,见下图14和图15,云贵地区风电场面临以下几个问题:(1)目前大多测风塔测风仪无加热装置,冰冻期数据基本无效,尚无客观有效的方法进行有效订正,给风能资源评估工作带来一定的不确定性;(2)风电机组舱顶测风仪器易冻结,导致机组控制系统失灵;(3)叶片结冰后,造成叶片翼型改变,机组出力明显下降,同时影响叶轮的平衡,致使机组故障停机,造成发电量损失;(4)结冰会影响机组载荷变化,增加部件疲劳损伤或倒塌,存在很大的安全性问题。故在云贵高海拔地区进行风能资源评估工作时,应充分考虑冰冻因素并进行相应的风险评估,以保证机组的安全运行。
(二)阵风
在风电场实际运行过程中,发现云南高海拔项目地区存在一种特殊的现象,即风速在短时间内突增或突减,根据风速变化特点,本报告简称该现象为“阵风”,下图16为云南某风电场2月份运行机组记录到的“阵风”出现时段分布图,可见,在12:00-20:00时段出现比较集中,2月9日出现频次最高;“阵风”出现有一定的周期性,并非每日都会出现,有一定的间歇期,应该与天气系统周期性变化相关,后期可获取更长序列数据进行研究分析。
选取“阵风”出现频次较高的2月9日每7s间隔实测风速数据进行分析,见下图17,红色代表风速每7s间隔风速日变化曲线,蓝色代表前后间隔风速距平变化曲线,可见,0:00-10:00之间风速相对小些,风速瞬时变化小,而10:00-18:00期间,风速较大,风速突变明显;风速前后距平风速差主要在1m/s-3m/s之间,最大达8m/s,风速短时间内变化大。
风速、风向短时间内的突变,会导致风电机组偏航频繁,风电场经常出现尖峰出力现象,出力波动大,这对机组正常运行及载荷带来很大的不确定性,应予以重视并采取控制风险措施。而高原气象很复杂,动力、热力及特殊地形的多重作用,形成高、低空急流、西南涡等特殊的天气系统,要探究“阵风”现象的成因则需要更深入、更全面、专业的研究,后期将对该区域通过测风监控、长序列运行数据收集、天气系统监测等一系列手段深入研究,为机组研发设计及风电场安全运行提供更好的解决措施和方法。
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