风能资源数值模拟系统WEST在新疆地区的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统WEST进行新疆风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10m的新疆风能分布图谱,并将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,说明了WEST对于新疆大部分地区的模拟能力较好,但对新疆南部盆地高原边缘地区的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好的应用于中国风能资源评估工作。     

海南省及其近海风能资源的高分辨率数值模拟

利用加拿大环境部气象局开发的WEST(Wind Energy Simulation Toolkit)对海南省及其近海的风能资源分布进行数值模拟,得到高分辨率(1 km)的风能资源分布状况,并通过将数值模拟结果与海南省沿海8个测风塔和18个现有台站测风资料的对比,表明模拟结果能较好地反映海南省及其近海的风能资源分布状况,70 m高度上的年平均风速相对误差≤9%.另外,分别提取离8部测风塔最近的WEST网格点上的模拟值,利用丹麦的WAsP(Wind Atlas Analysis and Application Program)估算8部测风塔所在位置的年平均风速,再分别与测风塔的实测结果进行比较,得到70 m高度上的相对误差同样≤9%.因此,采用WEST模拟的海南省及其近海的高分辨率风能资源分布,可为海南省风能资源的精细化评估和风电场的微观选址提供科学依据.     

青海高原北部风能资源的高分辨率数值模拟初探

利用风能资源数值模拟评估系统(WERAS),对青海高原北部复杂地形条件下的风能资源状况进行了高分辨率的数值模拟试验,通过模拟结果与同时段测风塔观测数据的对比分析发现:MM5/CALMETM的1km分辨率模拟可以较准确的得到高原北部年平均风速的量值(平均相对误差<20%),能大致模拟出高原风速分布趋势以及年主导风向,但是风功率密度结果与实际吻合度较低(平均相对误差>35%)。模拟结果表明,环青海湖地区、三江源北部及祁连山周边地区70m高度年平均风速均大于8.0m.s-1,年平均风功率密度均在400W/m2以上,风能资源丰富,可以考虑在上述地区开展加密观测,为青海高原大范围开展风能资源评估和风电场选址提供参考依据。     

WindSim软件在复杂地形风电场风能资源评估中的应用

复杂地形的风能资源评估研究对于风电事业的发展具有极为重要的意义。作者利用基于计算流体力学(CFD)方法的风能资源评估系统软件WindSim对我国复杂地形新疆托克逊县境内某风电场2007年的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行对比分析。模拟结果表明,WindSim软件对我国复杂地形地区平均风速的模拟能力比较好,10m、40 m、50 m、70 m高度的月平均风速的平均相对误差分别是12.91%、10.21%、9.68%、12.91%。同时,WindSim软件不仅可以较为准确地模拟出该区域2007年的主导风向,而且对该年的有效风速频率的模拟效果也很好。此风电场风能资源模拟试验说明,该地区具有十分丰富的可供开发利用的风能资源,进一步说明WindSim软件对我国复杂地形地区的风能资源评估工作具有很好的参考和应用价值。     

赴加拿大引进风能资源评估软件WEST工作总结

根据中加风能资源评估数值模拟试验合作意向书中的合作内容，应加拿大气象局的邀请，本人于2005年6月4日至7月31日赴加拿大气象局工作8周，学习并引进风能资源评估软件WEST。     

风能资源评估技术方法研究

全球性的能源危急和气候变化,驱动了风力发电在世界范围内迅速发展,搞清风能资源是大规模发展风电的关键步骤。文中首先回顾了近10年来开展风能资源评估的技术方法发展历程,阐述了数值模拟技术的应用对风能资源评估技术方法的发展所起的重要作用。风能资源的数值模拟可以给出风能利用高度上的风能资源分布;可以模拟出基于气象站观测资料的统计分析无法找到的风能资源;可以弥补海上测风资料不足的缺陷,进行海上风能资源的评估。文中运用中国气象局的风能资源数值模式系统地对江苏省和青海省的风能资源分布进行了高分辨率的数值模拟,并采用气象站观测资料对数值模拟结果进行了检验,结果表明数值模拟可以较准确地模拟区域风能资源的分布趋势,但在风速值大小会有系统性偏差,需要有测风塔观测资料对数值模拟结果进行订正,说明了数值模拟技术与风能资源测量相结合是风能资源评估的有效技术手段。最后对中国风能资源数值模拟技术的发展进行了展望,表明了中国风能资源的开发利用对自主发展小尺度数值模式的迫切需求。     

区域风能资源评价分析的动力降尺度研究

不同于以往的统计风能评估方法,本研究将动力降尺度方法应用到江苏省的风能评价分析中。利用NCEP/NCAR再分析资料与江苏省65个地面气象观测站1971～2000年的观测资料,建立了动力降尺度区域气候模式MM5V3的初始场和边界条件,用较高分辨率（水平分辨率为5 km）评估了江苏省60 m高度的风能分布,分析了动力降尺度方法在区域风能资源评估中的有效应用。结果表明,江苏省风能资源由东部沿海向西部内陆递减,以西连岛为代表的东部沿海风能资源最丰富,其次为长江三角洲地区,太湖、洪泽湖及高邮湖地区的风能资源也比较丰富,徐州市与南京市的风能资源最贫乏。分析表明,动力降尺度方法能够用较高分辨率模拟局地环流和地面风的主要分布特征,可以作为区域风能资源评价分析的有效手段。     

湖北省风能资源分布的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,对湖北省的风能资源状况做高空间分辨率的数值模拟试验,结果表明,模式模拟结果基本能够反映风能资源的分布情况。模拟发现,鄂东北地区大别山沿线、鄂州的梁子湖和江汉平原的洪湖等特殊地貌地区的年平均风速相对较大,可以考虑在上述地区寻找风能资源较丰富的观测点开展加密观测,为湖北省大范围开展风能资源评估和风电场选址提供参考依据。模式模拟的风的季节性变化结果与实际吻合度较高,但具体到地理分布吻合程度偏低,需要进一步优化模式并收集更多的个例进行模拟试验。     

风能资源数值模拟评估的分型方法研究

为了实现时间跨度较长(20—30年)的风能资源数值模拟评估,建立了一种新的分型方案,采用地面和探空观测资料,以风速、风向和最大混合层高度作为分型因子,针对每种类型随机抽取5%的日数进行真实算例的数值模拟。根据中国所有地区典型日的平均风能参数和30年观测平均结果的对比分析,得出以下结论:(1)中国所有分型站点挑选典型日的平均风速与30年平均风速的绝对误差均小于0.10 m/s,相对误差均低于6.50%;挑选典型日各风向频率值与30年结果的绝对误差平均值为0.28%—0.48%,风速频率绝对误差的平均值为0.09%—0.54%。(2)通过模拟区域分型站点以外探空气象站的风向频率和风速频率的对比检验发现:沿海地区风向频率绝对误差为0.27%—0.63%,风速频率绝对误差为0.14%—0.49%;内陆复杂山地风向频率绝对误差基本在0.57%以下,风速频率绝对误差为0.22%—0.60%;结果表明选取一个分型站点能够代表整个模拟区域内的风能资源特性。(3)根据沿海和内陆山地模拟区域重合范围内的探空站分型结果对比分析发现:对于模拟区域重合范围内的探空站,采用所有模拟区域分型站典型日结果加权平均后的风能参数对比误差大大低于各自模拟区域分型站点的对比误差。     

高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究

由于海上测风非常昂贵,实地测风资料严重不足,而卫星反演海面风场资料可以有效地弥补这一缺陷,对近海风能资源评估具有至关重要的意义。近年来,欧洲太空局2002年3月发射的Envisat卫星搭载合成孔径雷达（SAR）图像产品在欧洲近海风能资源评估中得到了广泛应用。文中探讨了空间分辨率约1 km×1 km的SAR卫星反演海面风场资料应用于杭州湾近海风能资源评估的技术方法,通过杭州湾海域的实测风速与SAR卫星反演海面风速数据的对比分析发现：（1）14个实测站点中13个站的相对误差小于20%,其中7个站的相对误差小于10%,平均标准差为2.29 m/s;（2）以SAR卫星反演风速数据为基础计算的风能参数（形状参数和尺度参数）与实测数据计算结果的一致性较高;（3）将该数据同化进入WRF数值模式中,与控制试验相比,大部分检验站点的风速相关系数明显提高,标准差和相对误差也得到改善。SAR卫星反演风场资料可用于中国的近海风能资源评估。     

利用10 m高度风速推算风机轮毂高度平均风功率密度

通过对华南地区27个测风塔为期1年的铁塔观测资料进行分析,发现平均风功率密度指数值均小于3倍的平均风速指数值,利用平均风速和形状参数随高度的变化的经验公式,推导出由10m风速资料推算风机可能的轮毂高度的平均风功率密度的新方法,应用该方法对现有铁塔资料进行交互拟合分析,其平均相对误差9.6%,可为无梯度测风观测站点由10m高度风速的频率分布推算风机可能的轮毂高度平均风功率密度提供参考。     

自动站风能参数的短序列订正方法及其应用研究

利用江苏省2005年自动站与基本气象站测风资料, 以及基本站1971—2000年测风资料, 探讨了风速及风功率密度的短序列订正方法, 并将各自动站数据分别订正到3个代表年。结果表明:应用该订正方法订正年平均风速, 其平均误差百分率为3.38%;用基本站作为假设自动站对其作平均气候状况下的订正, 再与自身观测值比较, 得到年平均风速订正的平均误差百分率为7.13%, 风功率密度订正的平均误差百分率为13.26%, 最大误差百分率为21.98%, 最小误差百分率为4.46%, 订正效果较为理想。     

多作业管理方式在风能资源数值模拟中的应用

通过对MM5和CALMET风能资源数值模拟耦合模式的计算流程分析,基于并行运算思想,设计了MM5和CALMET耦合模式模拟运算的多作业管理方式。在浙江省风能资源高分辨率数值模拟试验中,完成浙江区域1个月时间段的风能资源参数模拟运算,MM5和CALMET耦合模式在实施多作业管理方式前后,CALMET模式的运算时间由原来的1501.2 min缩短为149.5 min,运算时效提高了9倍;整个耦合模式的运算时间由原来的1709.9 min缩短为358.2 min,运算时效提高了4倍。数值模拟试验证实了多作业管理方式可在现有计算资源的基础上,大幅提高数值模式的运算时效,且随着数值模式模拟时间段的加长和模拟区域范围的扩大,多作业管理方式对数值模式运算功效的增强越加明显。     

近地层风能参数随高度分布的推算方法研究

应用江苏和吉林的12个测风塔资料,对两个地区的风能参数进行了统计和分析,探讨了一种用10m高度风速资料推算近地层内任意高度上平均风功率密度的新方法.结果表明:应用该方法交互拟合不同高度的平均风功率密度,平均误差4.4%,最大误差13.3%,优于指数律的平均误差7.8%,最大误差22.0%,效果较为理想.     

风电场风电功率短期预报方法比较

通过开展湖北省九宫山风电场短期风电功率预报方法的研究,以不断提高预报准确率,为风电场提供更有价值的预报服务,该文利用MM5耦合CALMET模式模拟风电场风速资料,采用物理法和动力统计法探讨风电场各种情况下预报应用效果。结果表明:模拟风速释用订正能有效降低风速预报误差,但难以修正预报趋势;动力统计法更适用于九宫山风电场的复杂山区地形,可能由于该方法能自发适应风电场地理位置;采用实测数据建立的风电功率预报模型优于理论风电功率模型,这也与风机实际运行环境会影响风机输出功率有关。     

阿拉山口地区风能资源特征及利用前景

利用阿拉山口地区1957—2007年各月及年平均风向、风速资料和2007年1月1日至2008年12月31日地面自动气象站24 h 10 min风速观测资料,用统计学方法分析得出阿拉山口地区年平均有效风能时数为4575 h,年平均有效风功率密度为166 W/m^2,该地区在春、夏、秋3季有效风能较大,冬季有效风能较小,属风能较丰富区,也是季节利用区,其风能储量大有潜力可挖。阿拉山口口岸是西部对外开放的重要枢纽和平台,对能源的需求在日益加大,在此开发利用风能对保护环境和促进经济发展都意义重大。     

风廓线雷达探测大气返回信号谱的仿真模拟

利用2008年1—9月北京延庆地区对流层CFL-08风廓线雷达和2009年7—12月广东东莞地区边界层CFL-03风廓线雷达晴空大气探测资料,对大气返回信号功率谱密度分布及雷达系统噪声幅度统计特征进行分析。基于大气返回信号的谱分布符合高斯分布的统计结果,采用高斯模型对大气返回信号谱进行模拟;雷达系统噪声是白噪声,其谱线幅度的统计特征呈高斯分布,在此基础上,通过生成高斯分布随机函数对雷达探测输出信号进行信号谱分布的仿真模拟,并采用雷达探测信号的谱参数对仿真模拟进行检验,效果较好。该文应用仿真模拟的数据,对风廓线雷达信息处理方法及其处理精度进行了初步试验和分析。     

风廓线雷达资料对华南区域模式预报的影响

设计基于GRAPES_Meso的不同试验模拟2014年3月28日-4月8日的广东前汛期降水过程,评估风廓线资料对同化和预报的影响。对资料同化后分析增量的分析表明:相比同化时仅使用自动气象站资料,风廓线雷达资料对1000 hPa到850 hPa纬向风增量均有贡献,在850 hPa,700 hPa高度以上贡献迅速减小。应用3个试验的预报结果计算探空站、风廓线雷达站预报值与观测值的11 d均方根误差发现,同化加入风廓线雷达资料对各预报要素的改善在850 hPa高度最明显,其中风速预报误差显著降低,为0.7 m·s-1。此外,风廓线雷达资料对700 hPa风速预报有一定改善,而在925 hPa高度模拟效果反而降低。通过对2014年3月30日12:00（世界时）的个例分析发现,同化加入风廓线雷达资料的风速预报均方根误差在大雨级别以上的降水落区更大,其原因还有待于进一步研究。