中船海裝袁令：大基地風電場跨尺度風資源評估技術研究及應用

2023年10月16日-20日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月17日上午，中船海裝袁令在“風資源技術論壇上”發表了題目為《大基地風電場跨尺度風資源評估技術研究及應用》的主旨發言。

以下為演講全文：

各位同仁，大家上午好！我是來自中船海裝的袁令，和大家匯報一下《大基地風電場跨尺度風資源評估技術研究及應用》。剛剛胡老師講的報告非常精彩，我作為一個新人學習到很多，我們今天做的工作也是和大家匯報交流。

匯報四個方面：背景及意義、跨尺度風資源評估技術、推廣應用、結論及展望。

背景及意義，從2020年開始國家在雙碳目標背景下大力來推動大基地風光建設。以建設多能互補的清潔能源基地，主要是以沙漠、荒灘地區風電和光伏建設，現在庫布齊地區已經開始建設，也有指導文件出臺。

建設大基地時要形成立體綠色生態系統的建設，外防內治融合發展，不僅要保障沙漠地區能源安全的可靠性，還要針對效益推動產業的融合發展做一些工作。

建好大基地要了解大基地，風光大基地主要是在風資源和土地資源、光照資源比較豐富，而且在這個地方地廣人稀，地勢也比較平坦，適合大基地和光伏的開發。

評估存在的問題與難點，主要有三大方面：一是范圍大，測風數據比較少，不僅是業主的測風塔和氣象站數量少；二是運用大數據中尺度的數據誤差大，通過數值模擬和中值數據比較，誤差范圍可以在1米每秒以上，在大基地用中尺度數據做風資源評估有很大的誤差，也是胡老師所說的失敗案例；三是風電場大基地建設的過程當中，風場是一個挨著一個的建，但是風場之間相互影響有沒有考慮？在以前的大機電當中已經發現一些問題。大基地建設過后，它對當地小氣候環境的影響有沒有考慮？

通過CFD建模所做的風資源評估，因為CFD屬于小區域風流模擬，真正大區域能不能把握??？這也是一個問題。通過大尺度的角度來分析這些問題，現在風機的設計排布是否合理？我們提出技術解決方案。

主要是技術方案和內容這就是降尺度的過程，主要是把從全球和區域宏觀再到風場級、風機級的流程，主要是針對一個區域到風場級別的技術，最后CFD風機之間的相互影響，后面我們在其他場合做一些匯報。

現在主要是針對前面，全球區域氣候模式出來的結果就是中尺度數據，我們通過中尺度天氣預報模式和方案，把準確度提高。通過現有測風塔的數據，哪怕是周圍比較少的測風數據和氣象站數據，可以把它融合到里面去，同化到里面去。

在資源評估尚未準確的情況下，怎么樣考慮風場之間的相互影響？這也是設計開發時需要考慮的問題，所以針對流程提供完整的技術方案。

首先是中值的預報模式，更多是關注氣象要素的模擬和精度提高，以前更多是降水和有溫度。但是我們模擬降水和溫度的優勢，借鑒到風資源模擬當中，地形對于地表風的影響會特別大，特別是一些復雜的地形，所以我們在原始模型當中添加地形的作用對模型進行優化，提高模擬的精度。我們模擬本身的系統設計，降到1公里到3公里的精度即可。

針對1公里和小時級的模擬數據，怎么樣把它做到風場設計當中需要獲取的數據集？通過模擬的結果，再加上深度學習的技術方案，把它數據集彌補到高時空分辨率的數據集，可以達到小時級。

模擬時更多是模擬一個完整年和一個季節的數據，但是我們要考慮到長時間驗證，需要不同年份的數據集，可以通過深度學習拓展到幾十年的數據集，只是要模擬一個時間段可以通過方案拓展。

通過一種驗證方案，把現有的數據集和觀測數據同步到上面，進而提高整個數據的模擬精度。

在WRF當中要添加模塊進去，考慮到現有原始模式當中，風機只是表面，后期加入到風機的特性和風能風速的影響，我們把這種影響給添加到風電模塊當中優化方案，進而提高它帶來的影響。

推廣方面，主要是為了打造技術的普世性選擇四個區域，一是是新疆區域，在規劃和建設當中有參考的目標，二是在蒙東區域有實際運行的區域，可以拿它前期的投標運行建設方案進行驗證，三是甘肅酒泉考慮到風場和尾流之間的相互影響，這是非常好的研究區域。四是庫布齊和騰格里區域，有新的項目進行開發應用，主要是做推廣應用。

針對新疆區域的項目，可以把空間模擬到200米的區域，可以看到誤差通過周圍測風塔獨立的驗證，把它誤差降到5%以內，當然有一些誤差也有高于5%的，也是可以理解的。

可以看到模擬結果也有很大的誤差，但還是以模擬和觀測實際為準。在實際應用的過程當中，后面也會有實際的運行數據和更多的測風塔做參考來不斷的驗證。

蒙東區域可以針對技術做出結果，誤差可以控制在3%-5%以內，如果有更多的數據能做更多的驗證，當然模擬和真實數據也存在很大的誤差，不管是從蒙東或者新疆區域都有很大的誤差，我們在做風資源評估時，盡量用數字模擬和測風塔做評估。因為數字模擬可以看到整個空間區域上，到底是有怎么樣的變化？可以實際的觀察到，而且空間的分辨率是200米，可以為評判做科學的理論支撐。

騰格里大基地都在建設規劃當中的區域，左邊是兩個區域單獨拿來做分析，相當于是投標前的規劃應用。通過模擬可以把風資源的誤差降到3%，哪怕是月份上也可以做到這樣的結果，而且在一致性值上可以看到是很好的結果，所有風資源的精度都是以100米高度作為參考進行表征。

庫布齊也做了相同的工作，在區域內的空間分布可以看的非常清楚，而且100米的高度大概是7.2米，通過小數測風塔的驗證，也在低于5%以內，所以針對這項技術并沒有說要做到非常好，但就是為了控制投標和運營風險，進而把誤差控制在5%以內。

甘肅酒泉區域更多是研究風場，大尺度尾流相互影響的結果。首先要用技術來研究區域，我們要用數字模擬區域的風資源到底是怎么樣的，因為這個區域是2010年左右開始規劃大基地，模擬的時候中間用測風塔做了驗證，不管是從風速、風向都有很好的結果，還有風切都是有可控的結果。

原來要研究安北大基地的尾流影響，首先來看甘肅酒泉大基地的建設情況，酒泉基地是千瓦級的，主要是分為兩期建設，現在已經建設完成投入運行當中。

我們要研究這個地方，首先要看風到底是怎么形成的，這個地方非常的典型剛好處在峽谷中，而且基本上處于東西方向，因為新疆主要是西風，剛好有一個口吹東風，所以這個地方的風向非常特別，夏天吹西風，冬天吹東風，這個地方剛好是東西方向的風向。

只要中間有風電場運行的時候，受到東西方向的影響，所以在研究排布大基地要考慮到周圍的影響，所以針對這個區域做簡單的研究。

我們模擬風電場大基地的情況，當時用軟件和方案耦合，左邊是對大氣溫度場的影響（PPT），有風電場建設和沒有風電場建設，溫度場有0.3-0.7度的影響。比如說白天上層空氣比較冷，下層比較熱，風機會造成上下流的影響，這樣引起地表的降溫。因為這種會影響發電量和運行，晚上就是相反的結果。

右邊可以看到風電場有風機和沒有風機的變化情況，大概是0.8-0.5米的差異，所以建風電場可以看到風流周邊對它的影響。

統一做的結果，可以看到一期2021年建設完，對二期建設沒有任何的影響，但是二期建設好之后整個大區域有風速的損失，大概是1米每秒左右。所以我們在規劃大基地時，一定要考慮大氣對環境的影響。

結論及展望，剛剛提到技術把誤差控制在5%以內，風電場大基地的影響提供參考的方案。展望是通過模式不斷的進行優化，后面在小區域之間風機排布之間也有相互的影響。

在海上通過數字模式，像衛星遙感+大氣和陸海風的作用，進行精細化的評估，可以提供誤差的參考范圍。

這就是我們做的工作，請大家批評指正。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）