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(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)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(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風電市場發(fā)展動態(tài)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，鑒衡認證中心吳旭紅在“風資源技術(shù)論壇上”發(fā)表了題目為《三維方法對風資源評估的影響》的主旨發(fā)言。

以下為演講全文：

大家上午好，很高興也很榮幸有這個機會與大家聚在一起交流分享，我接下來分享的內(nèi)容是《三維方法對風資源評估的影響》，分三部分：常用的測風設(shè)備、矢量研究、結(jié)論。

常用的測風設(shè)備，風速是氣流的定向流動，其空間截面上的風速不同，其測量的精細度和準確度直接影響風資源輸出的準確性和可靠性。常用的測量設(shè)備，包括機械式的傳感器，超聲波傳感器，測風雷達（包括激光雷達、聲雷達、毫米波雷達），測風雷達都是通過器械傳感器標定的，所以只分析差異。

先看傳感器的測量原理，機械式風杯傳感器測量原理，同樣的氣流在上面產(chǎn)生扭矩力，使其產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)速，項目上普遍用的是機械傳感器，原理導(dǎo)致只能測平均風速。機械傳感器的輸出是正懸波、方波，輸出的頻率是正比實際風速的大小。

三杯式風速機也是常用的傳感器，接下來介紹一下超聲波傳感器，它的測量原理是脈沖在原固定距離L傳播時，順風時是脈沖風速+風速分量，逆風是脈沖風速-風速分量。通過T1和T2可以得到風速分量，右邊是示意圖（圖片），常用的傳感器有三個探頭，以互相垂直的方式，同時獲得三個方向上的風量，可以得到水平面的風速風向，也可以直接得到三個空間上的風速風量。

介紹完原理后，接下來基于實測數(shù)據(jù)做對比。橘色的線是風杯傳感器，藍色是超聲波傳感器的數(shù)據(jù)，在小風速段風杯傳感器的測量是比超聲波傳感器測的低10%-30%，而在高風段包含風速增加，以及風速減少的時間段，風速要比超聲波大12%。

另外常用的機械傳感器，對于溫度有敏感的特性，從圖上可以看到風速越小，其實對溫度越敏感。我們常用6米的風速，零下20度只有室穩(wěn)時的96.5%，如果風速低到4米后，零下20度的風速只有室穩(wěn)94.5%。

這張圖是風杯傳感器不同的響應(yīng)，可以看到機械傳感器響應(yīng)比較差，正常響應(yīng)是沿著黑色的線，但實際上風加速比跑到黑色的線上面。這樣會導(dǎo)致測量的水平風速偏大，總結(jié)下來是介質(zhì)傳感器因為摩擦力的原因會小于真實風速，高風速段又會大于真實的風速。低溫測量的值，較常溫值是偏低的，機械傳感器對于角度的能力，使得測量的風速是偏高的。

機械傳感器風杯和轉(zhuǎn)軸容易受到環(huán)境影響的損害，所以在復(fù)雜環(huán)境中，由于風杯風速導(dǎo)致風資源評估的不確定性相對較大，相比之下超聲波傳感器會對快速變化的風速實現(xiàn)測量，能夠達到極高的精度和準確度，因其測量原理，長期的一致性也是非常好的。

風杯傳感器使用之前有標定，使用一兩年之后再去標定，風杯傳感器一般建議使用2年左右，但是超過3年變化就不是線性的。風杯傳感器標定一次之后，隔四五年再次標定，參數(shù)也是沒有什么變化的。

下面介紹第二部分主要是標量和矢量處理風數(shù)據(jù)的研究，這邊有一個例子，10分鐘內(nèi)風速大小一直是6m/s，風向以遞增的方式從0度變成180度，這種情況下平均風速是多少？標準差和湍流又是多少？

第二部分介紹兩種方法的計算公式，其中UX、UI、UZ是橫向分量、縱向分量，G是時間間隔。按照行業(yè)間隔來說，這個T是10分鐘。其中平面二維計算，只考慮其中的UX和UI，三維是三個量都要考慮進去。

回到剛剛的問題，按照平常的標量來算，10分鐘的風速一直是6m/s，因為風速沒有變化，所以標準差和湍流都是0。如果按照矢量計算，這邊會分解到平面上UX和UI，分解完之后在Y軸上從正6到負6的變化，在X軸是0-6m/s。用矢量計算完平均風速是3.7985m/s，X軸和Y軸湍流可以看到1.12和0.05%。

矢量可以更好的反應(yīng)風速特征，我們也基于原始采樣數(shù)據(jù)，分別用標量和矢量做分析對比。下面是基于4月份超聲波數(shù)據(jù)，分別用標量法和矢量法計算的結(jié)果，二維差異基本上是在1%以內(nèi)，空間三維風速是接近1.5%。

另外，根據(jù)測的4個月數(shù)據(jù)又做了分辨處理。當風速大于9.5m/s的時候，平均偏差在5%，在4-5m/s最大差值可以達到25%。這兩種方法在低風速段差異比較大，影響也是比較大的。

按照日平均做統(tǒng)計，藍色的線是空間標量除矢量，從圖上可以看到每天11點-17天之間，兩者計算差異比較大，最大的差值是在6%以上，其余的時間段是2%以內(nèi)。這個時間段，恰好是風矢量變化，標量法計算的結(jié)果會有較大的誤差。

一般就前面第一部分機械的疊加，標量法計算是5-6%，會有0.2%-0.4%的高估。

這張圖是平面的標量，下面是空間的標量。可以看到平面和湍流變化還是挺劇烈的，而且這兩個時間段也是很相似，湍流也是計算很大的區(qū)域，風速的變化必須按照空間矢量測量和處理才有意義。

這是平面標量減U方向湍流的差值，可以看到標量法計算的軸向，差異的結(jié)果最高超過20%，對評估影響是比較大的。因為我們按照矢量計算會有三個方面的湍流，V方向、V方向縱向、W方向豎向，這張圖是V方向比W方向，差值在0.5-1.2附近，部分時段可以是軸向的2-3倍，這個必須得用三維按矢量處理才可以達到。

這張圖是豎向與軸向的比值，波動也是比較大的。部分時段超過1，湍流增加0.01%，載荷會超過0.5%，所以在比較大的地區(qū)，只有測量三維風速才能統(tǒng)計出實際的情況，財政保證分析結(jié)果的有效性。

超聲波可以達到比較高的精度，機械傳感器受到摩擦、溫度等因素，在復(fù)雜環(huán)境中測量不確定性比較大。在垂直分量較大，水平劇烈，計算誤差也是比較大的，通常會高出水平平均強度，且無法按照風機結(jié)算的要求給出三個方向的湍流強度，影響計算環(huán)境工況的準確性，特別是復(fù)雜地形的時候，我們建議使用超聲波測風數(shù)據(jù)，并且處理三維數(shù)據(jù)，提高機組適應(yīng)性和準確性。

后續(xù)，我們也會在這方面做深入研究，希望行業(yè)內(nèi)的同仁可以一起參與進來，謝謝大家。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）