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，鑒衡認證中心吳旭紅在“風資源技術論壇上”發表了題目為《三維方法對風資源評估的影響》的主旨發言。

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：常用的測風設備、矢量研究、結論。

常用的測風設備，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生扭矩力，使其產生輸出轉速，項目上普遍用的是機械傳感器，原理導致只能測平均風速。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，接下來基于實測數據做對比。橘色的線是風杯傳感器，藍色是超聲波傳感器的數據，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度只有室穩時的96.5%，如果風速低到4米后，零下20度的風速只有室穩94.5%。

這張圖是風杯傳感器不同的響應，可以看到機械傳感器響應比較差，正常響應是沿著黑色的線，但實際上風加速比跑到黑色的線上面。這樣會導致測量的水平風速偏大，總結下來是介質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軸容易受到環境影響的損害，所以在復雜環境中，由于風杯風速導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據的研究，這邊有一個例子，10分鐘內風速大小一直是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風速特征，我們也基于原始采樣數據，分別用標量和矢量做分析對比。下面是基于4月份超聲波數據，分別用標量法和矢量法計算的結果，二維差異基本上是在1%以內，空間三維風速是接近1.5%。

另外，根據測的4個月數據又做了分辨處理。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。這個時間段，恰好是風矢量變化，標量法計算的結果會有較大的誤差。

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，只有測量三維風速才能統計出實際的情況，財政保證分析結果的有效性。

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，在復雜環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，且無法按照風機結算的要求給出三個方向的湍流強度，影響計算環境工況的準確性，特別是復雜地形的時候，我們建議使用超聲波測風數據，并且處理三維數據，提高機組適應性和準確性。

后續，我們也會在這方面做深入研究，希望行業內的同仁可以一起參與進來，謝謝大家。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）