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丰富的风能资源是大规模发展风电的前提条件。风能资源评估是风电资源开发的前提，是风电场建设的关键。评估的目的主要是摸清风能资源，确定风电场的装机容量和为风力发电机组选型及布置提供依据，以便于对整个项目进行经济技术评价。风能资源评估的水平直接影响到风电场选址以及发电量预测，最终反映为风电场建成后的实际发电量。通过本任务的学习，掌握风能资源的评估方法。
对某一地区进行风能资源评估，是风电场建设项目前期必须进行的重要工作。风能资源评估分如下几个阶段。
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风能资源的评估步骤
从地方各级气象台、站及有关部门收集有关气象、地理及地质数据资料，对其进行分析和归类，从中筛选出具有代表性的完整数据资料。能反映某地风资源状况的多年（10年以上，最好30年以上）平均值和极值，如平均风速和极端风速，平均气温和极端（最低和最高）气温，平均气压，雷电时间以及地形地貌等。
对收集到的资料进行进一步分析，按标准划分风能区域及其风功率密度等级，初步确定风能可利用区。有关风功率密度级及风能可利用区的划分方法见本项目任务二的相关内容。
风力发电场宏观选址遵循的一般原则：根据风能资源调查与分区的结果，选择最有利的场址，以求增大风力发电机组的出力，提高供电的经济性、稳定性和可靠性；最大限度地减少各种因素对风能利用、风力发电机组使用寿命和安全的影响；全方位考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用、环境等因素。
一般来说，气象台、站提供的数据只是反映较大区域内的风气候，由于仪器本身精度等问题，不能完全满足风力发电场精确选址及风力发电机组微观选址的要求。因此，为正确评价风力发电场的风能资源情况，取得具有代表性的风速风向资料，有必要对现场进行实地测风，为风力发电场的选址及风力发电机组微观选址提供最有效的数据。
现场测风应连续进行，时间至少1年以上，有效数据不得少于90%，内容包括风速、风向的统计值和温度、气压等。
为进行精确的风力发电机组微观选址，现场所安装测风塔的数量一般不能少于2座。若条件许可，对于地形相对复杂的地区应增至4~8座。测风塔应尽量设立在最能代表并反映风力发电场风能资源的位置。测风应在空旷地进行，尽量远离高大树木和建筑物，选择位置时应充分考虑地形和障碍物的影响。如果测风塔必须位于障碍物附近，则在盛行风向的下风向与障碍物的水平距离不应少于该障碍物高度的10倍处安置；如果测风塔必须设立在树木密集的地方，则至少应高出树木顶端10 m。
为确定风速随高度的变化，得到不同高度处可靠的风速值，一座测风塔上应安装多层测风仪，而测量气压和温度时，每个风电场场址只需安装一套气压传感器和温度传感器，塔上的安装高度为2~3 m。
场址选定后，根据地形地质情况、外部因素和现场实测风能资源的分析结果，在场区内对风力发电机组进行定位排布。
现有测风数据是最有价值的资料，中国气象研究工作院和部分省区的有关部门绘制了全国或地区的风能资源分布图，按照风功率密度和有效风速出现的时间进行风能资源区域的划分，标明了风能丰富的区域，可用于指导宏观选址。有些省区已进行过风能资源的调查，可以向有关部门咨询，尽量收集候选场址已有的测风数据或已建风电场的运行记录，对场址的风能资源进行评估。某些地区完全没有或者只有极少的现成测风数据，还有些区域地形复杂，即使有现成资料用来推算测站附近的风况，其可靠性也受到限制。在风力发电场场址选择时可采用以下定性的方法初步判断风能资源是否丰富。
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风能资源资料获得办法及评估指标
对缺少测风数据的丘陵和山地，可利用地形地貌特征进行风能资源评估。地形图是表明地形地貌特征的主要工具，采用1∶50 000的地形图，能够较详细地反映出地形特征。从地形图上（图1.22）可以判别发生较高平均风速的典型特征有：
图1.22 发生较高平均风速的典型特征
（1）经常发生强烈气压梯度的区域内的隘口和峡谷；
（2）从山脉向下延伸的长峡谷；
（3）高原和盆地；
（4）强烈高空区域内暴露的山脊和山峰；
（5）强烈高空风或温度、压力梯度区域内暴露的海岸；
（6）岛屿的迎风和侧风角。
从地形图上可以判断发生较低平均风速的典型特征有：
（1）垂直于高处盛行风向的峡谷；
（2）盆地；
（3）表面粗糙度大的区域，例如森林覆盖的平地等。
植物因长期被风吹而导致永久变形的程度可以反映该地区风力特性的一般情况。特别是树的高度和形状能够作为记录多年持续的风力强度和主风向的证据。树的变形受多种因素影响，包括树的种类、高度、暴露在风中的程度、生长季节和非生长季节的平均风速、年平均风速和持续的风向等。已经得到证明，年平均风速是与树的变形程度最相关的特性。
地表物质会因风吹而移动和沉积，形成干盐湖、沙丘和其他风成地貌，从而表明附近存在固定方向的强风，如在山的迎风坡岩石裸露，背风坡砂堆积。在缺少风速数据的地方，研究风成地貌有助于初步了解当地风况。
有些地区由于气候的特殊性，各种风况特征不明显，可通过对当地长期居住居民的询问调查，定性了解该地区风能资源的情况。
在收集现场实测风资料后，应进行数据验证、数据修正和数据处理，对风能资源作出评估。
数据验证是检查风力发电场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行判断，检验出不合理的数据和缺测的数据。经过处理，整理出至少连续一年完整的风力发电场逐个小时测风数据。
1）数据检验
（1）完整性检验
①数量。数据数量应等于预期记录的数据数量。
②时间顺序。数据的时间顺序应符合预期的开始和结束时间，中间应连续。
（2）合理性检验
①范围检验。主要数据的合理范围参考值见表1.9。
②相关性检验。主要数据的合理相关性参考值见表1.10。
③趋势检验。主要数据的合理变化趋势参考值见表1.11。
2）不合理数据和缺测数据的处理
（1）检验后列出所有不合理的数据和缺测的数据及其发生的时间。
（2）对不合理数据再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始数据组。
（3）将备用的或可供参考的传感器同期记录数据，替换已经确认无效的数据或填补缺测的数据，如果没有同期记录的数据，应向有经验的专家咨询。
（4）编写数据验证报告，对确认无效数据的原因要注明，替换的数值要注明来源。
3）计算测风数据的完整率
式中，应测数目——测量期间的时间平均值；
缺测数目——没有记录到的时间平均值；
无效数据数目——确认为不合理的时间平均值，数据完整率应达到90%。
4）验证结果
经过各种检验，剔掉无效数据，替换上有效数据，整理出一套至少连续一年的风力发电场实测逐个小时风速、风向数据，注明这套数据的完整率。数据还应包括实测的逐个小时平均气温（可选）、逐个小时平均气压（可选）和按实测数据计算的逐个小时湍流强度。
根据风力发电场附近气象站，海洋站等长期测站的观测数据，用相关分析方法将验证后的风力发电场测风数据修正为一套反映风力发电场长期平均水平的代表性数据，即风力发电场代表年的逐个小时风速风向数据。
数据处理的目的是将修正后的数据处理成评估风力发电场风能资源所需要的各种参数，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速和风能的频率分布、风速和风能密度的方向分布、风切变指数等。
（1）平均风速和风功率密度。计算风速和风功率密度的月平均值、年平均值；各月同一时间（每日0点至23点）平均值、全年同一时间平均值。
（2）风速和风能频率分布。以1 m/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出现的频率（次数）。
（3）风向频率及风能密度的方向分布。算出在代表16个方位的扇区内风向出现的频率和风能密度的方向分布。
（4）风切变指数。反映风速随高度变化的参数，根据风切变指数和仪器安装高度测得的风速可以推算出近地层任意高度的风速。
（5）编制风况图。将处理好的各种风况参数绘制成曲线图形，主要分为年风况图和月风况图。
根据数据处理形成的各种参数，对风力发电场风能资源进行评估，以判断风力发电场是否具有开发价值。
（1）风功率密度。风功率密度蕴含风速、风速频率分布和空气密度的影响，是风力发电场风能资源的综合指标。风功率密度等级见表1.6，达到表中3级风况的风力发电场才有开发价值。
（2）风向频率及风能密度方向分布。风力发电场内机组位置的排列取决于风能密度方向分布和地形的影响。在风能玫瑰图上，最好有一个明显的主导风向或两个方向接近相反的主风向。山区主风向与山脊走向垂直为最好。
（3）风速的日变化和年变化。对比各月的风速（或风功率密度）日变化曲线图和全年的风速（或风功率密度）日变化曲线图与同期的电网日负荷曲线；对比风速（或风功率密度）年变化曲线与同期的电网年负荷曲线，两者相一致或接近的部分越多越好。
（4）湍流强度。湍流强度 I T 值不大于0.10，表示湍流相对较小。中等程度湍流的 I T 值为0.10~0.25，更高的 I T 值表明湍流过大。
（5）其他气象因素。特殊的天气条件，如最大风速超过40 m/s或极大风速超过60 m/s、气温低于零下20℃、积雪、结冰、雷暴、盐雾或沙尘多发等情况，要对风力发电机组提出特殊的要求，会增加成本和运行的困难。
江苏省地处北纬32°~35°之间，位于江淮下游，黄海、东海之滨，属温带和亚热带湿润气候区，区内具有南北气候特征，受海洋、大陆性气候的双重影响。夏季盛行东南风、冬季盛行东偏北风。
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江苏省风能资源评估案例
江苏省风能资源评估采用的现场观测资料包括：
（1）江苏省风能资源专业观测网14座测风塔2009年6~8月份观测资料；
（2）江苏省发改委和气象局提供的5座测风塔原始观测资料；
（3）江苏省发改委和气象局提供的2座测风塔的70 m高度年平均风速和年平均风功率密度统计数据，另有2座40 m高度测风塔的统计计算结果。
江苏省沿海岸线风能资源专业观测网共有14座测风塔现场观测资料已满3个月，经过数据质量检验，满足阶段评估分析要求。
结果表明：2009年6~8月，江苏省沿海地区70 m高度处的平均风速在南北方向分布不同，北部地区平均风速在4.8~5.9 m/s之间，中部地区平均风速在6.3~6.5 m/s之间，而南部地区（除圆陀角为6.5 m/s之外）均在5.8~6.1 m/s之间。50 m高度处的平均风速在 4.6~6.3 m/s之间，江苏省沿海北部地区风速较小，在5.7~5.8 m/s之间（除圆陀角测风塔风速为6.2 m/s外）。江苏沿海地区6~8月70 m高度处的平均风功率密度则在105.7~260.7 W/m 2 ，最大值在东川垦区3测风塔区域，最小值在最北部的九里测风塔区域。50 m高度处的平均风功率密度在96~246 W/m 2 之间，最大值和最小值出现的区域与70 m高度处是一致的。
江苏省评估区域有5座测风塔，其中3座塔高度为70 m，2座塔40 m，各测风塔设置信息见表1.12。
表1.12 江苏省千万千瓦级风电基地测风塔设置一览表
根据资料完整率要求，检验各测风塔数据有效完整率，其中川东2006年2月20日至2006年12月3日现场观测期间测风塔各高度的有效数据完整率为91.6%；竹港1#2006年2月21日至2006年12月3日现场观测期间测风塔各高度的有效数据完整率为97.1%；竹港2#2006年1月1日至2005年12月31日现场观测期间测风塔各高度（除洋口港10 m高度的）的有效数据完整率为93.3%；其余高度的有效数据完整率在98.3%以上。
测风塔观测年度各项风能参数见表1.13。川东、竹港1#40 m高度年平均风速均为6.0 m/s，平均风功率密度为230.0 W/m 2 左右；竹港2#70 m高度年平均风速均为6.5 m/s，平均风功率密度为325 W/m 2 左右；洋口港70 m高度年平均风速均为6.5 m/s，平均风功率密度为282.0 W/m 2 左右。观测期间各测风塔最大风速小于27.4 m/s，极大风速值小于34.0 m/s。
表1.13 江苏省各测风塔观测年度风能参数表
续表
各测风塔风能密度方向分布和风向频率分布具有很好的一致性。川东测风塔40 m风能密度大致分布在北到东南扇区内；竹港2#测风塔70 m风能密度大致分布在北到东南偏东扇区内；东陵测风塔70 m风能密度集中分布在偏北方向上。
江苏省发改委和气象局提供的2座测风塔70 m高度年平均风速和年平均风功率密度统计数据见表1.14。由于没有测风塔原始数据，只作为数值模拟结果可靠性判断依据。
表1.14 江苏省已有测风塔平均风速和年平均风功率密度统计数据
利用风能观测网14座塔和现有的其他测风塔资料与其周边气象站同期测风数据进行相关检验，选择与江苏省各测风塔同期观测资料相关效果最佳的气象站为参证站，结果显示，如东气象站与各测风塔的相关最好，各高度层相关系数在0.48~0.70之间，均通过0.05显著性检验。故选择如东气象站为参证站。
如东气象站建于1959年1月，历史观测资料规范、齐全。该站多年平均风速3.2 m/s，月平均风速最大的3月份和4月份为3.5 m/s，最小的10月份为2.8 m/s。
如东气象站近20年年平均风速一般在2.9~3.8 m/s之间。根据台站沿革信息记载，该站1998年有台站迁址记录，2004年有仪器更换记录，且测风仪高度一般在16.6~24.8 m，资料需要订正。订正后的风速如图1.23所示。
图1.23 江苏省如东气象站逐年平均风速直方图
结果显示，如东气象站2005年平均风速比近20年平均风速偏大3.1%，表明川东、竹港1#、竹港2#3个测风塔观测年度平均风速不能代表长年代平均风速，需要订正。2006年平均风速比近20年平均风速偏小3.2%，表明东陵、洋口港2个测风塔观测年度平均风速不能代表长年代平均风速，需要订正。
根据表1.15给出的江苏省参证站观测年度风速年景参数，计算得到各测风塔各高度常年平均风能参数，估算结果见表1.16。计算结果显示，常年平均状况下，江苏省沿海地区风能资源等级一般为2级。
表1.15 江苏省参证站观测年度风速年景
表1.16 江苏省各测风塔长年代平均风能参数估算结果
续表
江苏省风能资源评估结果见表1.17。
表1.17 江苏省风能资源评估结果
江苏省沿海地区海拔高度基本接近海平面，空气密度在1.225 kg/m 3 左右，与标准大气状况相当接近，在年平均风功率密度等级时，平均风功率密度较大，70 m高年均风速在6.6~7.0 m/s之间，年功率密度在260~340 W/m 2 之间，湍流强度属于中等偏弱水平，低于IECB类（0.16），对风力发电机组不会造成破坏。50 m高度层达到3级风能资源等级的区域主要分布在近海，在近海 5~25 m水深线内，风能资源等级为 3~4 级，潜在开发面积为46 200 km 2 ，海岸陆地风能资源在2.5~3级之间，潜在开发面积为1 300 km 2 。
根据风资源评估标准判定，江苏省风资源属于较丰富区；风能储量较丰富，风资源主要集中在沿海和近海区域；风况稳定且规律性强，有待于进一步的开发利用。
根据风能资源的评估方法，分析你家乡的风能资源情况。
地球上的风能资源十分丰富，根据相关资料统计，每年来自外层空间的辐射能为1.5×10 18 kW·h，其中的2.5%，即3.8×10 16 kW·h的能量被大气吸收，产生大约4.3×10 12 kW·h的风能。
风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家。世界气象组织发表了全世界范围风能资源估计分布图，按平均风能密度和相应的年平均风速将全世界风能资源分为10个等级。8级以上的风能高值区主要分布于南半球中高纬度洋面和北半球的北大西洋、北太平洋以及北冰洋的中高纬度部分洋面上，大陆上风能则一般不超过7级，其中以美国西部、西北欧沿海、乌拉尔山顶部和黑海地区等多风地带较大。
全球陆上风速分布呈现如下普遍规律：赤道地区风速普遍较小，基本处于3 m/s以下；南、北回归线附近是全球风资源丰富地区，该区域风速普遍较高，基本处于6 m/s以上或7 m/s以上；沿海风速高于内陆。全球风资源较为丰富的地区主要集中在以下几个区域：全球各个大陆沿海地区、整个欧洲大陆、东亚、中亚以及西亚阿拉伯半岛地区、北非撒哈拉沙漠地区以及南非、澳大利亚及新西兰岛屿、北美（特别是美国大陆）、南美的南部、中美的加勒比海地区。
欧洲是世界风能利用最发达的地区，其风资源非常丰富。沿海地区是欧洲风资源最为丰富的地区，主要包括英国和冰岛沿海、西班牙、法国、德国和挪威的大西洋沿海，以及波罗的海沿海地区，其年平均风速可达9 m/s以上。其次，欧洲的陆上风资源也很丰富。整个欧洲大陆，除了伊比利亚半岛中部、意大利北部、罗马尼亚和保加利亚等部分东南欧地区以及土耳其地区以外（该区域风速较小，在4 m/s以下或5 m/s以下），其他大部分地区的风速都较大，基本在6 m/s以上或7 m/s以上，其中英国、冰岛、爱尔兰、法国、荷兰、德国、丹麦、挪威南部、波兰以及俄罗斯东部部分地区等都是风资源集中的地区。另外，地中海沿海地区的风速也较大，均在6 m/s以上。
亚洲大陆面积广袤，地形复杂，气候多变，风资源也很丰富，其主要分布于以下几个区域：中亚地区（主要是哈萨克斯坦及其周边地区）、阿拉伯半岛及其沿海、蒙古高原、南亚次大陆沿海以及亚洲东部及其沿海地区，中亚地区和蒙古高原以草原为主，阿拉伯半岛地处沙漠，这些地区的共同特点是地势平坦，地形简单，故风速较大，大部分地区都在6~7 m/s，蕴含的风能十分丰富。亚洲东部及其沿海地区风资源很丰富，其风速均在6 m/s以上或7 m/s以上，部分区域的风速甚至达到8~9 m/s。但是该地区沿西太平洋的海域较深，而且气候复杂多变，地震、台风、海啸等自然灾害较多，故不利于风能开发。另外，青藏高原虽然风速很大，能达到9 m/s，但是由于其地势太高，空气密度太低，反而风功率密度很低，风资源比较贫乏。而俄罗斯沿北冰洋海岸的风速较大，在6 m/s左右，但是气温太低，环境太恶劣，无法进行风能开发。
非洲风能集中区域主要分为两大块：撒哈拉沙漠及其以北地区以及南部沿海地区。撒哈拉沙漠及其以北地区，由于大部分是沙漠地形，地势平坦开阔，故而其风速也较大，基本在6 m/s以上或7 m/s以上。撒哈拉沙漠以南的陆上地区风资源较为贫乏，风速较低，大部分地区均在5 m/s以下，部分地区甚至不到3 m/s，只有南非陆上风资源较好，其风速能达到7 m/s以上。非洲南部沿海风速很大，达到8 m/s以上或9 m/s以上，中东部沿海风速也较大，达到6~7 m/s，具有较大风资源储量。
北美洲由于其独特的地理位置，及其开阔平坦的地形特征，其风资源十分丰富，主要分布于北美大陆中东部及其东西部沿海以及加勒比海地区。北美大陆风资源的特点是风速大、分布广泛，其分布范围几乎涵盖了大半个北美大陆，特别是美国中部地区，地处广袤的北美大草原，地势平坦开阔，其年平均风速均在7 m/s以上，风资源蕴藏量巨大，开发价值很大。北美洲东西部沿海风速可达到9 m/s，加勒比海地区岛屿众多，大部分沿海风速均在7 m/s以上，风能储量也十分大。
南美洲陆上风资源丰富地区主要集中在阿根廷、巴西东南部的高原地区以及安第斯山脉。阿根廷全境均处于风资源丰富区，风速均在6 m/s以上，其南部地区的风速甚至达到8~9 m/s，而且地势平坦、海拔不高，风能储量极其丰富。巴西东南部的高原地区风速在7 m/s以上，安第斯山脉地区海拔很高，其风速达到9 m/s以上。南美洲沿海地区风速最大的区域几乎遍布了其整个大陆的东部沿海以及南部沿海，这部分地区的风速普遍达到8~9 m/s。其次，其东部沿海的风速也达到了7 m/s。
澳大利亚的风资源蕴藏量极其丰富。整个澳大利亚大陆几乎就是一个超大型的天然风场，其整个陆地区域的风速均在7 m/s以上，而且环绕整个海岸线的沿海地区风速都在8~9 m/s。另外，新西兰岛的风资源也很丰富，主要分布于其环岛屿的沿海地区，风速达到8~9 m/s。