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风电场发电量评估指南 2020.12 免责声明 本指南的全部内容受著作权保护。在保留著作权或其它所有权声明的前提下，本指南内容可作私人或内部使用。禁止以电子方式使用本指南发布的 数据。如需全部或部分复制或以公开方式使用本指南内容，须事先获得瑞士再保险书面批准，承蒙致副本，不胜感激。 虽然本指南中使用的所有信息都取自可靠来源，但瑞士再保险不对本指南中信息的准确性和完整性，或本指南中包含的前瞻性陈述承担任何责任。 本指南中所提供的信息及做出的前瞻性陈述仅供参考，并不代表或不应被认为代表瑞士再保险的立场。瑞士再保险不保证本指南的内容符合读者 的特殊要求或不具有任何瑕疵。在任何情况下，瑞士再保险均不对相关信息的质量、实施或使用所导致的任何相关损失或损害承担任何责任；读者 请勿过分依赖前瞻性陈述。瑞士再保险没有义务公开修改或更新任何前瞻性的陈述，不论是由于新信息、未来事件或其它原因所致。 风电场发电量评估指南 1 作者 陈洪元 瑞士再保险工程险 北亚区高级核保人 陈洪元现任瑞士再保险工程险北亚区高 级核保人，负责中国和日本市场的工程险 合约业务以及新能源相关的产品开发与临 分业务。 陈洪元具有丰富的新能源创新产品的开 发经验，参与了多个风电与光伏电站的指 数和质保产品的产品设计和定价。 边奇颖博士 北京鉴衡认证中心有限公司 风能数据分析业务负责人 边奇颖负责鉴衡认证中心可再生能源数 字化业务，管理可再生能源云数据中心。 边奇颖带领团队开发和运营的风电项目精 益 化 管 理 工 作 站 、风 电 项 目 数 字 化 风 控 工 作站正在服务多个业主、保险机构、融投 资机构。 风电场发电量评估指南 3 目录 前言 4 适用范围及使用目的 5 1 风的成因及中国近地面风速分布特征 6 2 未运行项目发电量评估 7 2.1 资料收集 9 2.2 测风数据的常规可视化方式 11 2.3 测风数据处理 14 2.4 计算折减系数和不确定度 22 3 已运行项目发电量评估 27 3.1 资料收集 27 3.2 数据收集 28 3.3 风数据处理 29 3.4 计算理论发电量 29 3.5 净发电量计算 29 4 出险时发电量核算 30 4.1 资料收集 30 4.2 数据收集 30 4.3 实际运行理论发电量和实际运行损失发电量计算 30 5 风电场风资源评估的辅助方法 32 6 风电场发电量评估相关标准进展 33 参考资料 34 结束语 35 4 风电场发电量评估指南 前言 人类越来越关注可再生能源。作为可再生能源之一的风电，近年来得到了快速的发展。 根据中国电力企业联合会发布的全国电力工业统计快报， 2020年前三季度风电装机 容量占全部发电装机容量的 11.4%，风电发电量占全部发电量的 6.1%，相 比 五 年 前 的 数 字 8.6%和 3.2%，分 别 增 长 了 20.9%和 71.8%。 2019年底，中国风电已提前一年完成国 家能 源局 在“十三 五”规 划中设 定的 2020年累计风电并网210GW的目标，截至 2020年 第三季度，风电装机容量达到 224GW。一直困扰行业的弃风率问题也在逐步改善。据 国家能源局数据显示， 2019年全国弃风率降至4%，弃风限电状况得到了明显缓解。业 内专家认为在未来几年里，中国风电行业将进入一个新的历史阶段，逐步从快速发展变 为成熟稳定。 然而随着风电场的建设铺开，许多风电场的前期设计发电量与实际运行结果存在较大 出入，这一现实结果让包括投资商、运维公司、保险公司在内的相关利益方着实头痛。 风力发电行业投资规模大，属于资金密集型行业。无论是项目可研阶段还是投运之后， 发电量评估都是风电项目的核心步骤。前期可研阶段，它是项目投资造价分析、经济效 益评价、设备运行及质量情况评价、项目并网运行和市场消纳情况分析的基础，投资方 迫切需要独立的第三方提供客观公正的测算结果来为投资决策提供参考。项目投运之 后，通过发电量后评估我们可以知道风电场实际运行情况是否达到前期设计水平、风 机制造商的机组是否达标、业主的收益是否能得到持续的保证，运维公司藉此有了与 业主订立发电指标的依据。而对于保险行业，保险公司承保的风电场利润损失保险以 及近年来相继开发的发电量指数保险和风机质保等保险产品都与发电量评估息息相 关。相较传统火电，风电的“燃料”是风资源，每个场区地理位置、地形条件、气候特征 等不同而导致风资源不同。燃煤电厂在设备状态稳定以及燃料供应充足条件下，发电 量可以认为是均匀的，而风电场是“靠天吃饭”，风资源的波动以及波动的不确定性带 来了发电量的不确定性，同时风电场颇具“个性化”，每个风场甚至同一风场的每一台 风机随着位置、地形条件不同而发电量不同，这些不确定性给发电量评估带来巨大的 不确定，继而给风场利润损失保险、发电量指数保险和风机质保等保险产品的承保和 理赔设计以及产品定价带来很大困难。利润损失险承保时投保金额如何确定？预期发 电量 P50/P75/P90以及触发阈值如何确定？理赔时不同季节停机时间对应的发电量 如何计算？对于测风数据如何去粗取精最大程度加以利用？保险的精算与风电行业风 资源和发电量评估的专业软件两套运行语言如何沟通与合作？保险公司在设计保险产 品的过程中遇到了前所未有的挑战。本指南立足多个商业角度，尝试从第三方的视角 提供未运行项目、已运行项目以及保单出险时三个时间点下风电场发电量的评估方法， 希望能尽可能多的覆盖不同的商业场景。 瑞士再保险工程险团队作为工程再保人，多年来一直在积极推动可再生能源行业的风 险管理，进行行业相关的风险管理培训和产品开发，提供相应的保险保障。北京鉴衡 认 证 中 心（ China General Certification Center，简 称“ 鉴 衡 ”或“ CGC”）是 瑞 士再 保 险 的 重 要 合 作 伙 伴 。鉴 衡 成 立 于 2003年，是经国家认证监督管理委员会批准，致力于为 太阳能、风能、碳排放等清洁技术领域，提供技术开发、标准制定、认证、检测、产业和 政策研究等服务的第三方机构，是国内少数同时具备中国合格评定国家认可委员会 （ CNAS）认可 和 中国 计 量 认 证（ CnullA）资 质 的 检 测 认 证 机 构 。鉴 衡 一 直 将 风 电 产 品 认 证技术能力建设作为主要工作内容，在国家发改委、科技部、认监委等相关部门的支持 下，开展了一系列基础研究，具备了较强的认证技术能力，编制了风力发电机组设计 评估指南、风力发电机组部件认证指南等技术指导文件，为国内风电产品认证提 供了依据。此次瑞士再保险与鉴衡合作出版风电场发电量评估指南，旨在为风电行 业及保险公司、融资方和检测机构等利益相关方提供一整套可参考的经过总结和梳理 的发电量评估方法，为行业的健康发展出一份力。 瑞士再保险一直以来致力于创造可持续发展的长期价值，推动可再生能源的发展，从 而帮助全球应对气候变化。在中国，我们助力发展包括风电在内的清洁能源，对中国的 社会经济以及全球的可持续发展都具有重大意义。 风电场发电量评估指南 5 适用范围及使用目的 本指南适用于计划投入运行和已投入运行的陆上和海上风电场，囊括了数据采集和 分析、风资源评估、机组运行折减、最终发电量计算的整个过程。基于 nullnullC61400、 Gnull/null18709/18710和 Nnull/null10103/31147等目前已发布的相关评估标准，考虑数据质 量、设计原理、机组选取、运行效率等各类影响因素，选取未运行项目、已运行项目以 及保单出险时三个时间点，提供一套综合且适用广泛的风电场发电量评估方法，从而 实现不同场景下的应用： 1 在可研阶段能够为投资方在选取风电投资项目时提供第三方的评估支持，通过全 面综合的发电量评估实现项目融资优化； 2 帮助风电场在投入运行前以及运行期间进行有效的预期发电量管理，以尽量消化 和减轻发电量波动带来的不确定性对于风电场运营管理的压力； 3 为运维公司制定合理运维目标提供评估支持，实现运维成本和合约风险的最优平 衡； 4 为保险行业提供一套相对完整和合理的发电量评估方法，为保险产品开发、精算定 价、核保端的风险评估、理赔端核定损失提供更多依据和解决问题的思路。 6 风电场发电量评估指南 1 风的成因及中国近地面风速分布特征 风是空气相对于地球表面的运动,大气运动主要受太阳辐射控制。由于地球各纬度所 接受的太阳辐射强度不同，地表受热不均匀，形成了热带上升高纬度下沉的主要环流 特征。结合地球的自转，全球形成了“三圈环流”。在北半球近地面，这种“三圈环流” 表 现 为 ：赤 道 至 北 纬 30null附近的东北信风带，该风速稳定且不大；北纬 30null附近至北纬 60null附近的盛行西风带，风速较大；北纬 60null附近及其以北地区的极地东风带。 在全球风带的背景下，受亚洲海陆分布的影响，我国大部分地区冬季盛行偏北风，夏季 盛行偏南风。冬季整个亚洲大陆受蒙古高压控制，其中心位置位于蒙古国的西北部，从 蒙古高压中不断有小股冷空气南下进入我国。冷空气经过之地有连续的大风。冷空气 影响是我国西北、东北、华北等长江以北的大部分地区冬、春季风能资源的主要来源， 也是我国内陆其他地区部分风能资源来源。冷空气主要通过四条路径影响我国： 1）西 北路（中路）：冷空气经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区； 2） 东路：冷空气从蒙古到我国华北北部，在冷空气主力继续东移的同时，低空的冷空气折 向西南，经渤海侵入华北，再从黄河下游向南可达两湖盆地； 3）西 路 ：冷 空 气 从 蒙 古 经 新 疆 、青 海 、青 藏 高 原 东 南 侧 南 下 ，对 我 国 西 北 、西 南 及 江 南 各 地 区 影 响 较 大 ； 4）东 路 加西路：东路冷空气从河套下游南下，西路冷空气从青海东南下，两股冷空气在黄土高 原 东 侧 ，黄 河 、长 江 之 间 汇 合 。 热带气旋是我国东南沿海夏季和秋季风能资源的重要来源之一。我国南部沿海台风登 陆频次远大于北部沿海，因此台风对风能资源的贡献也呈南大北小的特征。一般来说， 当热带气旋风速小于 9级或风电场位于热带气旋 10级 风 力 圈 以 外 范 围 时 ，热 带 气 旋 带 来的风速基本在风电机组运行范围内，机组处于额定或接近额定状态，热带气旋给风 电场带来良好的发电收益。 地形对风能资源也有较大的影响，主要表现在海拔、山体的加速效应和狭管效应。一 般 来 说 ，近 地 面 由 于 地 面 摩 擦 ，风 速 较 小 ，高 山 、山 脊 地 区 接 近 自 由 大 气 ，风 速 较 大 。另 外，当风吹过山顶时，地形会对风速有加速效应，这导致山顶的风速会大于山谷的风 速。在狭管地形地区，气流向狭管管口集中，形成急流，风速增加明显。中国的台湾海 峡，在冬季盛行东北风时，形成典型的狭管通道，造成该地区的年平均风速较高。 图 1给出了距离地表 100null高度的长期平均风速。从图中可以看到大风区域主要位于西 北、东北、华北、台湾海峡、东部及南部沿海区域，这种空间分布符合上述风速分布特 征的原理分析。 图 1 中 国 及 其 周 边 区 域 100null高度长期风速平均 （ 数 据 来 源 ：公 开 网 站 httnullnullnull/nulllonullalnullinnullatlanull.info） 风电场发电量评估指南 7 2 未运行项目发电量评估 风力发电机组的基本工作原理是风力驱动叶轮旋转将风能转化为机械能，再通过传动 系统驱动发电机发电。因此一个风电场发电量的多少主要取决于风电场所在位置的风 速大小和风电机组的发电性能。除此以外，风电机组的健康状况、风电场的运维效率和 质量、风电场的自用电情况以及外部电网对风电场的限电等因素也会直接影响风电场 的发电量。 对于一个未运行的风电项目来说，已知的信息包含风电场内的测风数据、机位点信息和 每个机位处的风电机组机型。因此，对未运行风电场进行发电量评估也基于以上信息 展开。风资源是决定风电场发电能力的“先天条件”。如上文所述，一个地区的风速大 小由不同尺度大气运动叠加而成。这包括由于地球自转、海陆分布造成的大尺度运动、 由于大尺度内部不稳定或下垫面热力和机械强迫产生的中尺度运动、也包括由于局地 地形地貌和热力特征产生的更小尺度的运动。因此不同地区的风速特征会有较大差 别，同一位置不同时刻的风速也存在昼夜差异、季节差异、年际差异及年代际差异等。 因此为了获取风电场位置的风资源特征，通常情况下，在风电场建设之前，需要在场址 内树立测风塔（如图 2和图 3），进行场址内风速测量。但受到项目时效性限制，这种短 期测风只进行几个月到一年多的时间。由于风电场评估的发电量是风电场整个运营期 内（ 20年或 25年）的平均发电量，因此需要利用长期数据对测风数据进行长期修正以 包含风速的年际变化特征。因为局地地形地貌影响，一个风电场内不同机位点处的风 速也可能存在较大差异。即使是在平坦地形，风电机组的尾流影响也会导致同时刻各 机位点的风速有差异。因此测风塔的风速只能代表测风塔处，在对风电场的发电量进 行评估时，有必要计算每个机位处的风速情况。各机位处的风速可通过测风塔结合风 电场内的地形地貌特征由流体力学仿真模型计算得到。在计算完场址内各机位处的风 资源之后，还需要结合机组功率曲线、风电机组可利用率、控制及湍流强度影响等各种 因素计算折减后的净发电量。 图 2陆上测风塔 图 3海上测风塔 8 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 综上所述，一个未运行风电场项目的发电量计算通常包含图 4所示的各个步骤。其中每 个环节的每个步骤都包含不同程度的不确定性，因此在涉及金融投资及财务分析等过 程中，不少金融机构还会要求输出结果包含净发电量的不确定度分析。比如股权投资 者偏好使用的 P75年 净发电 量（有 75%的概率或者可能性可以达到或超过“年净发电 量”）和债权投资者偏好使用的 P90或 P95年净发电量。因此，发电量的评估还可根据 实际需求进行不确定度分析。以下章节将给出图 4所示未运行项目进行发电量评估的 数据资料需求及具体计算过程。 图 4风电场发电量评估步骤 风速数据分析 测风数据 参考风速数据 风流模型 风资源评估 发电量与尾流 计算 地形数据 粗糙度数据 大气热稳定度 风机属性参数 折减损失 不确定度分析 发电量评估 可利用率 电气损失 运行策略 环境因素 与风资源相关的 不确定度分析 与发电量相关的 不确定度分析 风电场发电量评估指南 9 2.1 资料收集 发电量的评估需要用到与被评估风电场相关的各类数据和资料，这包括风电场内风数 据 、风 数 据 质 量 相 关 报 告、风 电 场 附 近 长 期 测 风 数 据 、现 场 地 形 图 、机 位 点 、风 电 机 组 相关参数及周边风电场相关资料等。 2.1.1 风数据相关 在发电量评估中，风资源计算是最重要的环节之一。与之相关的基础数据收集是进行 风资源计算的前提条件。这部分的数据和资料包括风电场内测风数据、风电场内或风 电场附近的长期测风数据。下面分别给出两类测风数据的资料清单和要求。 （一）风 电 场 内 测 风 数 据 测风资料清单 1 风电场范围内所有测风塔在整个测风期间的所有原始测风数据（原始测风数据的 数据格式为. ranull，部分原始数据包含密码，在获取原始测风数据时需同时获取相关 密 码 ）； 2 测风塔安装报告、仪器校验报告、验收报告和维修报告等； 3 测风塔的坐标位置、海拔、仪器安装情况及周边环境资料； 4 周边区域的测风数据资料，如周边风电场测风塔数据、风场运行数据。 多个测风塔及风场运行数据的获取有利于进行后续仿真计算时的模型校验，提升发电 量计算的准确性。测风塔安装规范程度和维护水平的高低会影响风速测量的不确定 度。因此在发电量计算过程中，以上资料应尽可能完整。 测风数据要求 1 由于风速存在明显的季节变化，因此要求测风数据连续且不应少于一个完整年（ 数 据 记 录 时 长 越 长 越 好 ，建 议 提 供 所 有 的 测 风 数 据 ，采 样 频 率 为 10分钟或 5分 钟）。 如果有效测风数据的长度少于一个完整年，则该数据中无法包含完整的季节变 化，从而导致风资源评估的误差偏大，并直接影响发电量评估的准确性。 2 测 风 数 据 应 至 少 包 含 风 速 、风 向 、气 温 、气 压 等 测 量 参 数 。其 中 气 温 、气 压 可 用 于 计 算空气密度。 补充观测数据 1 补充观测通常采用声雷达和激光雷达等形式； 2 雷 达 观 测 用 于 辅 助 分 析 ，不 建 议 单 独 使 用 。 测风塔代表性 1 陆地上简单地形风电场，测风点的代表半径不宜大于 5nullnull； 2 陆上复杂地形风电场，测风点的代表性半径不宜大于2nullnull ； 3 海上风电场，测风点的代表半径不宜大于 10nullnull； 4 如果场址内各机位点均有与之对应的参考测风塔，则相对而言，发电量的可靠性较 高。 10 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 （二）长 期 测 风 数 据 使用长期数据的必要性 根据 nullnullC61400null 标准，I至III等级风力发电机组的设计寿命至少应为 20年 ，因 此 通 常情况下，一个风电场的运行时间也至少为 20年。风电场的测风时间有限（通常为一 年），但风速存在季节变化、年际变化和年代际变化，因此需要通过短期的风数据结合 场址附近长期数据估计风电场 20年长期发电量。 长期数据的来源 长期测风数据通常可以从以下渠道获得： 1 风场附近气象站、海洋站等长期测站的测风数据； 2 通过气象模型模拟的长期风数据，如 NASA（ National AeronanullticnullannullSnullace Anullnullininulltration）发 布 的 nullnull A2 （ nullhe nullonullernnullnullra nulletronullnullectinulle analnullnullinullfor nullenullearch annullAnullnulllicationnullnullnullernullion 2 ）数 据， nullCnullnull （ nullnullronullean Center for nullenullinullnullnullnullannulle Weather nullorecanulltnull）发 布 的 nullnullA5等再分析数据。 长期测站的测风数据是第一手的实际测量数据，而气象模型模拟的再分析数据也具有 数据稳定、灵活、方便、易获取等优点，两者各有优势。 长期数据要求 能够应用于风资源评估的长期数据需要满足以下要求： 1 长期数据与测风塔观测同期的风速风向相关性好（优先保证风速的相关性好）； 2 具有 20年以上规范的测风记录； 3 与风场具有相似的地形条件； 4 与风场距离较近。 2.1.2 现场其他资料 风电场内测风塔记录的风速仅代表测风塔该点处的风速，为了计算得到风电场内所有 机位点处的风速空间特征及机位点处发电量，就需要利用流体力学仿真模型计算得 到。对该计算模型来说，每个机位的机位点信息、地图资料和机组相关参数是必须的 输入条件。如果被评估的风场附近有其他待建或已建项目，这些项目的排布和机组资 料也必须作为风资源计算的相关输入条件。 机位点信息 风电场每个机位实际大地坐标（应包含坐标系与投影方式，坐标系应与电子测绘地形 图 相 同 ）。 地图资料 通 常 情 况 下 ，风 电 场 区 域 内 地 形 图 精 度 不 低 于 1null2000； 风电场工程边界应外延一定宽度（ 5nullnull或 以 上 ），外 围 地 形 图 的 精 度 不 低 于 1null10000。 风电机组资料 1 机组技术参数，包含额定功率、风轮直径、轮毂高度、切入风速、切出风速、额定风 速 、安 全 等 级 、运 行 温 度 等 。 2 风电场环境（场址空气密度、湍流）下的机组动态功率曲线和动态推力系数。 其他资料 周边风电场的机位排布、机组型号和技术参数等资料。 2.1.3 前期设计相关报告 前期设计阶段所涉及的报告包括风电场微观选址报告、微观选址复核报告、风资源分 析报告、工程可行性研究报告等。以上这些报告中均描述了目标风电场内实测风资源情 况和相关风资源分析结果，包括场址处的平均风速、极限风速、湍流强度、空气密度、 风速年变化和日变化、风速代表年订正等信息。虽然用于以上报告分析的数据或资料 与对风电场再次进行分析时的数据或资料可能存在差别（比如可用于后期进行风资源 分析用的测风数据较前期分析更长、机位排布发生变更、轮毂高度发生变化等），但这 些资料都包含了过去某段时间内该风电场风资源的客观情况，因此可作为风资源评估 的辅助资料。 风电场发电量评估指南 11 2.2 测风数据的常规可视化方式 有效的可视化方式可以辅助我们认识风电场场址处风速特征，也有助于我们发现测风 数据中存在的问题。风电场可研报告、微观选址报告中的风速分析通常包含长期数据 年际变化图、风速季节变化图、风速日变化图、风玫瑰图等。此处选取位于中国不同地 区的四个点的长期数据（ nullnull A2 ），用 以 展 示 上 述 这 些 图 。 4个点的经纬度分别为： 1号 点（ 25.5nullN， 103.75nullnull）、 2号 点（ 33.5nullN,120.0nullnull）、 3号 点（ 26.0nullN， 120.0nullnull）和 4号 点（ 44.0null ， 116.25nullnull）。图 5给出了以上 4个点的空间 分布图。 图 5 中 国 区 域 内 选 取 4个点 用于下文 相 关 风 速 分析（ 1号 点（ 25.5nullN， 103.75nullnull）、 2号 点（ 33.5nullN, 120.0nullnull）、 3号 点（ 26.0nullN， 120.0nullnull）和 4号点 （ 44.0null ， 116.25nullnull） 图 6风速年际变化图（图中横坐标为年份，纵坐标为年平均风速。） 12 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 图 7风速季节变化图（图中横坐标为月份，纵坐标为长期平均的月平均风速。） 图 8风速日变化图（图中横坐标是小时，纵坐标为长期平均的小时平均风速。） 风电场发电量评估指南 13 图 9 风 向 玫 瑰 图 （ 图 中 将 0至 360null共分成16 个扇区，并统计风向在每个扇区内的发生 概 率 。比 如 图 中 45null扇区对应的值，其代表含义是风向在 33.75null至 56.25null这一区 间内的发生概率。） 风速的年际变化图包含了风电场处长期的气候变化特征，也包含了风速年与年之间的 波动性。风速年际波动性越大，意味着风电场年理论发电量的波动性也越大。风速的 季节变化图可以辅助了解风电场大小风月的分布情况。一般风电场施工建设、年度检 修、技改等工作可安排在小风月进行。风向玫瑰图指示了风电场的主风向。主风向是风 电机组优化排布的重要依据。为了充分利用主风向上的风能，减少尾流对发电量的影 响，主风向上的机位排布都会较非主风向稀疏。从图 6至图 9可以看到不同地区的风速 年际变化特征、风速季节变化特征、风速日循环及风向分布存在很大区别。以上这些分 析有助于我们更加全面地了解风电场的风况条件，从而辅助我们理解风电场的排布特 征 、不 同 时 间 尺 度 上 的 发 电 量 特 点 。 14 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 2.3 测风数据处理 由于受到冰冻、测风塔发生故障未及时维护等因素影响，收集到的测风数据可能存在 没有客观记录风速的情况。因此有必要在进行风资源分析前对数据进行清洗，保留有 效数据。对于数据缺失较多的情况，需要使用同塔或者异塔的数据进行插补以保证数 据的完整性和时间分布特征。如果风电场存在机组的轮毂高度与测风塔测风高度不同 的情况，需要进行垂直外推。在对已有的观测数据进行完以上这些处理步骤之后，才可 进行长期修正将短期的风数据推算到风电场整个生命周期（一般为 20年或 25年）用 以 估算风电场整个生命周期的平均发电量。 2.3.1 数据清洗 数据清洗是从数据的范围、相关性、趋势、整体特征等几个维度着手，对数据合理性进 行检验。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。对不合理的数 据再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，将其回归原始数据组，并对筛选后 剩下的不合理数据进行删除。 数据合理性检验包含以下内容： 1 范围检验，主要参数的合理范围参考值见表 1。 2 相关性检验，主要参数的合理相关性参考值见表 2。 3 趋势检验，主要参数的合理变化趋势参考值见表 3。 4 整体检验，主要参数的合理性参考值见表 4。 表 1主要参数的合理范围参考值 参数 参数范围 备注 10nullin平均风速 0null/nullnull40null/null null 10nullin平均风向 0nullnull360null null 10nullin平均气温 null40null 50null 可根据当地气候特征缩小参考范围 10nullin平均气压 50nullPanull110nullPa 可根据当地气候特征缩小参考范围 相对湿度均值 0%null100% null 表 2主要参数的合理相关性参考值 参数 参考范围 相差20null 高度 10nullin平均风速差 0null/nullnull3null/null 相差40null 高度 10nullin平均风速差 0null/nullnull5null/null 相差20null 高度 10nullin平均风向差 0null22.5null 表 3主要参数的合理变化趋势参考值 参数 参考范围 1h平均风速变化绝对值 6null/null 1h平均温度变化 5nullC 3h平均气压变化 1nullPa 风速连续无变化持续时间 小于 6h 风向连续无变化持续时间 非静风条件下小于 6h 注：各地气候条件和风况变化很大，三个列表中所列参数范围供检验时参考，在数据超出范围时 应根据当地气候条件和风况特点加以分析判断。 风电场发电量评估指南 15 表 4整体检验合理性参考值 检验项 参考范围 相关检验 高度在 50null及以上的各层风速相关系数宜高于 0.95 分布检验 风速分布宜符合威布尔分布，风向分布区间宜大于 180null 风切变检验 风切变指数超过 0.2时应进一步分析其合理性，参考值可根据当地风 况特点调整 2.3.2 有效数据完整率统计 有效数据完整率按下式计算： %100 - = 应测数目 无效数据数目缺测数目应测数目 原始有效数据完整率 式中： 应测数目：测量期间应测样本总数； 缺测数据：未记录到的样本数目； 无效数据数目：确认为不合理的样本数目。 数据的完整率宜达到 90%以上。否则数据完整率越低，最后计算得到的发电量不确定 度就越大。 2.3.3 塔影修正 塔影效应指测风塔塔体对测风设备测量结果的影响。当风先经过塔体，再到达风杯 时，由于塔体造成的尾流影响，会造成风杯测出的风速小于真实的该方向的自由流的风 速 。图 10和图 11给出的是某测风塔 90null高度处两套风速计在测量不同风向时的风速比 值（笛 卡 尔 坐 标 和 极 坐 标 都 是 实 际 分 析 中 常 用 的 展 现 形 式 ）。从 图 中 可 见 ， 115nullnull150null 区间通道 A和通道 null的风速比值高于 1，这代表当风向位于 115nullnull150null区 间 时 ，通 道 B 的 风速计受到了测风塔塔体尾流的影响，导致通道 null在该区间测得的风速明显小于通道 A。同 理 可 见 ， 300null335null区间通道 A和通道 null的风速比值小于 1，即当风向位于该区间 时 ，通 道 A的风速会受到测风塔塔体的尾流影响。 图 10 笛 卡 尔 坐 标 系 下 某 测 风 塔 90null高度处风速计 A测得的风速与风速计 null测得的风速 比值（上图中散点为测风塔数据中每个时刻风速计 A的测量值与风速计 null测量值 的 比 值 ，下 图 蓝 线 为 每 5null一 个 区 间 内 所 有 比 值 数 值 的 中 位 数 。） 16 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 图 11极坐标下某测风塔 90null高度处风速计 A测得的风速与风速计 null测得的风速比值 （左图中散点为测风塔数据中每个时刻风速计 A的测量值与风速计 null测量值的比 值 ，右 图 蓝 线 为 每 5null一 个 区 间 内 所 有 比 值 数 值 的 中 位 数 。） 实 际 分 析 中 ，塔 影 效 应 指 数 定 义 如 下 式 ： = = = n i i n i ii td m m f 1 1 1 式中： n为 72个风向区间， m i 为每个风向区间的样本数； i 为同一高度层两套风速计观测值之比； 当 td =0时，两套风速计观测值完全相同，塔影效应为零； 而 td 越大，两套风速计观测值之差越大，塔影效应越严重。 根据以上塔影效应检验结果，分析得出测风塔同一高度受遮挡的风向扇区。在该扇区 内用同一时刻两套测风仪所得测量值对比，用风速较大值替换较小值，使同一高层上 同一时刻两风速比值接近于1，则可在一定程度上减小塔影效应对数据质量的影响。 2.3.4 数据插补 在项目分析中，有时会遇到同一测风塔部分通道在部分时间段数据缺失的情况，这时 可采用同一测风塔同时刻其他未缺测数据对其进行补齐。有时也会遇到测风塔各个通 道在某段时间大量缺失的情况，这时可以利用同时期周边测风塔或其他数据对缺测数 据进行补齐。这种对缺测测风塔数据进行补齐的方式被统称为“数据插补”。数据补齐 的方法通常为线性拟合。数据插补前需要检查参考资料的有效性。 参考资料的优先级可参考如下：本测风塔其他通道数据、周边测风塔数据、气象站数 据 、再 分 析 数 据 。 同期参考数据和缺测点的数据相关性宜大于 0.8。 2.3.5 垂直外推 风切变，也常称作风剪切，是风廓线的一种表达方式。当测风塔观测高度不包含轮毂高 度时，需要利用风切变指数把风速推算到轮毂高度。因为风切变受扇区和季节影响，因 此建议分扇区和月份分别进行计算。 风切变幂率公式为： U(z)=z 式中： U(z)为距离地表z高度处的平均风速（ null/null）； 为常数； 为 风 切 变 系 数 ，简 称 风 剪 切 ； 风电场发电量评估指南 17 上述公式可转化为： lnnullUnullznullnullnullnulllnnull znullnullnnull null 对于包含两层或两层以上高度的测风数据而言，可用各高度测风数据对以上公式进行 线 性 拟 合 ，由 此 得 到 的 null即为风切变指数。在实际操作中可能会遇到某个高度的数值严 重偏离拟合直线的情况，这时就该重新回到原始数据检查产生这种异常的原因，进而 判断拟合风切变时是否采用该高度的数据。如果轮毂高度为非测风高度，可利风切变 幂率公式推导出轮毂高度的风速。 2.3.6 长期修正 通 常 情 况 下 ，一 个 风 电 场 的 运 行 时 间 至 少 为 20年。而风电场的测风时间有限（通常为一 年），如何通过短期的风数据估计风电场 20年长期发电量至关重要。 一般通过 nullCP（ nulleanullnullre Correlate Prenullict）方法对风数据进行长期修正。该方法是通 过比对两组数据的相关性并进行预测的数学方法，即利用风电场附近的长期数据预测 测风塔处的长期平均风速和风向分布。 长期修正的方法较多，包含一元线性回归模型、二元线性回归模型、方差比例模型、威 布尔参数缩放模型、人工神经网络模型、分风速段比值法等。本指南以一元线性回归模 型为例，介绍长期修正的基本方法。 回归分析是用来寻找若干变量之间统计联系关系的一种方法。按照自变量的多少可以 分为一元回归分析和多元回归分析；按照自变量和因变量之间的关系类型，可以分为线 性回归分析和非线性回归分析。在风资源数据长期修正的实践中，最常用到的方法为 一元线性回归模型。 用 null表示测风塔实测的平均风速， null为参考数据的同期平均风速，则风数据的回归方程 为： Y=(X)+e 式中： (X)为回归分析模型； e为回归估计值和实测值之间的误差； 用 Y 表 示 回 归 值 ，则 ： =(X) 若考虑一元线性回归模型，则对应回归模型可表述为： =aX+b 线性回归函数拟合的过程其本质是寻找一条最代表所有实测点散布规律的直线。最小 二乘法是其中最常用的拟合方法。最小二乘法的目标是选取一系列回归参数，使得离差 平方和最小。如果将全部观测值和回归估计值的离差平方和记为 则最小二乘法的目标为 SS R 最 小 。根 据 微 积 分 中 的 极 值 原 理 即 可 求 得 a和 null，由 此 建 立 测 风塔观测时间段内参考点风速和测风塔风速之间的关系。将此关系应用到参考风速的 整个区间，即可得到测风塔处的长期风速了。在实际项目中，考虑到不同扇区地形、地 貌的差异性，可能会分扇区分别进行拟合。 18 风电场发电量评估指南 2 未运行项目发电量评估 2.3.7 计算理论发电量 理论发电量是指利用风能资源评估专业软件，结合风电场风况特征和风电机组动态功 率曲线，计算得到该风电场的理论年发电量。 2.3.8 流场仿真基本原理 流体流动受物理守恒定律支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律 和能量守恒定律。流体运动的特征可由一系列与以上守恒定律相关的偏微分方程描 述。计算风电场内各点风速的过程，其本质是求解偏微分方程组的过程。目前大部分的 商业风资源软件是基于计算流体力学（ Conullnullnulltational nulllnullinullnullnullnanullicnullnullCnullnull ）模 型 计 算求解得到。 Cnull 的基本思想是：把原来时域和空间域上连续的物理量的场进行离散 化（即时间域和空间域用一系列有限个离散点上的变量值的合集来代替），并在这些离 散化的格点上建立质量守恒方程、动量守恒方程等相关描述大气运动的方程，同时输 入 粗 糙 度 、地 形 等 边 界 条 件 ，然 后 求 解 代 数 方 程 组 ，获 得 场 变 量 的 近 似 值 。 Cnull 的计算 流程如图 12所示。 图 12Cnull 计算流程 建立控制方程 确立初始条件及边界条件 划分计算网格，生成计算节点 建立离散方程 离散初始条件和边界条件 给定求解控制参数 求解离散方程 解是否收敛 显示和输出计算结果 否 是 风电场发电量评估指南 19 2.3.9 模型设置和图谱计算 将数据输入模型时，需要对地形图文件和测风文件预先处理成模型要求的格式。 1 地 形 图 文 件 实测地形图一般处理流程包括但不限于： 剔除异常等高线，例如负值、极大值等； 剔除非等高线信息。 2 测 风 文 件 测风数据需处理成轮毂高度处进行流场仿真要求的输入格式（比如. tanull、. tinull格式 等，不同 Cnull 软 件 对 格 式 的 要 求 略 有 差 异）。 3 粗 糙 度 设 置 森林高层高度与粗糙度数值之间存在一定的数量关系： z 0 null h 30 式中： z 0 为粗糙长度值； h为地面因素高度（米）。 图 13为 Cnull 软件各类边界条件的输入界面。 图 13 以 nulleteonullnulln Wnull软件为例，可在界面中导入测风数据、 粗糙度数据、地形数据等数据 20 风电场发电量评估指南