海上风电场热带气旋影响评估技术规范

海上风电场热带气旋影响评估技术规范

国家标准 GB/T38957一2020 海上风电场热带气旋影响评估技术规范 Ieehnicalspeeifieationforeffeetevauationoftropicaleyeloneonoftshorewind powerproject 2020-07-21发布 2020-07-21实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/38957一2020 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 评估区域确定 资料收集与处理 热带气旋风险评估 热带气旋发电效益评估 附录A规范性附录标准空气密度下轮毂高度处风速计算 附录B规范性附录热带气旋影响的泊松-耿贝尔(Poisson-Gumbel)分布 参考文献
GB/38957一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由气象局提出 本标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会(SAC/TC540)归口 本标准起草单位:气象局公共气象服务中心、气象科学研究院、广东省气象局、北京玖天气 象科技有限公司、三峡新能源(集团)股份有限公司、新疆金风科技股份有限公司、中广核风电有限 公司 本标准主要起草人:王丙兰、宋丽莉、李英、全利红、黄浩辉、陈雯超、袁春红、植石群、刘兵、南兰、 宁巧珍、教娟、李靖、董礼成和祥
GB/T38957一2020 海上风电场热带气旋影响评估技术规范 范围 本标准规定了海上风电场热带气旋影响评估区域确定、资料收集与处理、热带气旋风险评估和热带 气旋发电效益评估的技术方法 本标准适用于海上风电开发的热带气旋风险评估和发电效益评估 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T31519一2015台风型风力发电机组 台风涡旋测风数据判别规范 GB/T367452018 NB/T31147一2018风电场工程风能资源测量与评估技术规范 桥梁设计风速计算规范 QX/T4382018 nerationsystems一Part1: IEC6l400-1;2019风力发电机组第1部分;设计要求(Winderergy gen Designreguirements 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 海上风电场orIshorewindpowerprojeet 在沿海多年平均大潮高潮线以下海域及相应开发海域内无居民的海岛上开发建设的风电场 改写NB/T31029一2012,定义2.0.3 速 3.2 热带气旋tropealeyeone 生成于热带或副热带洋面上,具有有组织的对流和确定的气旋性环流的非锋面性涡旋 注1;包括热带低压,热带风暴、强热带风暴台风、强台风和超强台风 注2改写GB/T19201一20o6,定义2.1. 3.3 工程区域 engineeringarea 由海上风电场外围若干控制点的连线组成的封闭海域 3,4 rmpteal oductionm 热带气旋发电效益评估evaluationofthehenefitsoftr eyconeenerypro 满足风电机组发电工况条件的热带气旋外围风区发电效益评估 3.5 评估区域eyaluationarea 工程区域边界线外扩一定范围,用于风险评估或效益评估的区域
GB/T38957一2020 3.6 参证气象站referenemeteoroogiealstatiom 气象分析计算所参照或引用的具有长年代气象观测数据的国家气象观测站 注1长年代一般不少于30年 注2;改写Qx/T469一2018,定义3.2. 3.7 专用气象站dedieatedmeteorologiealstaton 为海上风电场工程项目选址或建设获取气象要素值而设立的气象观测站 注1，专用气象站宜在轮毂高度处具备三维高频(采样频率为1Ha及以上)观测 注2:改写Qx/T449一2018,定义3.2. 3.8 风向变差角variationofwinddireetiom 规定时间间隔内水平风向的变化角度 计算见式(1): AD=D一D 式中: -风向变差角,单位为度("); AD 规定时距内前一时刻的风向,单位为度(); D D. 规定时距内后一时刻的风向,单位为度(") 3.9 重现期returnperiod 某一事件重复出现的平均间隔时间 注1:重现期为N年,则该事件的出现概率为N年一遇 本标准采用的重现期为50年和1年 注2;改写QX/T436一2018,定义3.3 3.10 最大风速maximumwindspeedl 给定时段内平均风速的最大值 [[GB/T317242015,定义2.27 3.11 极大风速extremewindspeed 给定时段内3s平均风速的最大值 [GB/T317242015,定义2.28 3.12 wIGs等级风速超越概率probabilityofexeeedingcasseswindsofwindturbinegeneratorsystem 风力发电机组轮毂高度处可能遭遇大于或等于按IEc61400-1l;2019或GB/T31519-2015规定 的风力发电机组各等级风速的概率 注:IEC61400-l;2019规定的风力发电机组(WTGS)I、I、等级风速分别为50m/s、42.50m/s、37.5m/s,受台 风影响地区的等级风迷为57m/s GB/T31519-2015规定的台风型风力发电机组(wTGs)TI,Tl等级风 速分别为55m/s、50m/s 3.13 参考湍流强度refereneeturbulenceintensit 风在14.5m/s15.5m/s区间的湍流强度参考值 注:IEC61400-l:2019中参考湍流强度定义为风速为15m/s数据的70%分位数的流强度,GB/T18451.1 2012中参考滥流强度定义为风速为15m/数据的溜流强度的平均值
GB/38957一2020 3.14 等效满负荷运行小时数eqisalentfloadhours 风电机组实际上网发电量折算为风电机组以额定功率运行时所对应的小时数 评估区域确定 4.1风险评估区域确定 应根据海上风电场所在地区热带气旋最大风速(或眼壁区)半径的统计特征确定风险评估区域 风 险评估区域以工程区域边界线外扩50km~100km为宜 注，根据多个热带气旋的慨率统计结果,热带气旋眼壁区半径一般在50km~100kmm之间 4.2发电效益评估区域确定 应以可满足风电机组运行工况条件的历史热带气旋外围风区和影响时间特征为分析依据,以影响 风电场热带气旋6级7级风圈半径区域和影响时间为主要指标进行统计 发电效益评估区域以工程 区域边界线外扩130km500km为宜 注根据多个热带气旋实测资料的统计结果,满足风电机组运行工况条件的热带气旋外围风区半径一般在130kt km 500km之间 5 资料收集与处理 5.1总体要求 应全面收集评估区域内气象观测等资料,特别是热带气旋相关资料 当专用气象站未能观测到热 带气旋涡旋区域的数据时,应收集其具有代表性的包含热带气旋涡旋的海上观测数据 5.2参证气象站长期观测资料收集与处理 应收集评估区域内气象站资料,并按照Qx/T438一2018中第3章和第4章的规定进行参证气象 站选取及参证气象站年最大风速序列一致性订正,包括迁站订正,高度订正,时距订正等,时间序列一般 不少于30年 5.3专用气象站资料收集与处理 应收集工程区域内专用气象站资料,并按照NB/T31147一2018中5.2的规定进行数据检验,包括 数据代表性评价、数据完整性检验、数据合理性检验等 5.4热带气旋最佳路径数据集收集与处理 应收集评估区域内至少近30年的热带气旋最佳路径数据集,并将该数据集订正为10min时距的 风速 热带气旋风险评估 6.1热带气旋统计特征 风险评估区域内热带气旋统计特征应包含 热带气旋中心经过风险评估区域的各等级热带气旋的年、月平均频数与频率、不同台风路径移 a
GB/T38957一2020 动方向的频数与频率统计 b)热带气旋中心经过风险评估区域的超过wTGS等级风速的热带气旋频数和频率统计; c 热带气旋对工程区域影响较大的热带气旋强度、路径等统计分析 6.2风电机组选型及设计载荷工况参数计算 6.2.1利用现场专用气象站观测资料,特别是热带气旋观测资料,计算风电机组选型和设计载荷工况 参数 对于热带气旋观测资料,应按照GB/T367452018中第5章至第7章规定的热带气旋涡旋风 的分区指标进行分区,并分别计算热带气旋眼壁区、眼区、外围区的风电机组选型和设计载荷工况参数 6.2.2风电机组选型和设计载荷工况参数具体包括: 风电机组选型参数包括:50年一遇最大风速、50年一遇极大风速和参考流强度 参考湍流 a 强度应同时考虑热带气旋眼壁区湍流强度 b 风电机组设计载荷工况参数包括:风向变差角、人流角、湍流强度、风切变指数、阵风系数,以 及极端运行阵风.极端风向变化和方向变化的极端相干阵风等极端工况参数 6.2.3风电机组选型和设计载荷工况参数计算方法如下 风向变差角计算方法见定义3.8,人流角又称风攻角)按照GB/T36745一2018中定义2.4计 a 算,淄流强度、风切变指数(又称风廓线指数),阵风系数按照GB/T36745一2018中附录A 计算 若现场专用气象站具备三推商烦(采样频为1!及以上)现测数据,应按照EcG1001. b 2019中6.3.3和GB/T315192015中5.3的规定,计算极端工况参数,包括极端运行阵风、极 端风向变化、方向变化的极端相干阵风等 6.3工程区域重现期风速及wTGSs等级风速超越概率计算 6.3.1工程区域N年一遇最大风速 6.3.1.1参证气象站与专用气象站相关性分析 应按照下列方法进行 选取专用气象站轮毂高度处与参证气象站至少一年同步观测的日最大10min平均风速的较 a 大值样本(宜为10m/s以上)进行线性相关分析,得到比值系数或回归系数,并对其进行相关 显著性检验(检验方法见Qx/T438一2018中附录C); 若相关显著性通过0.05信度检验,则参证气象站与专用气象站相关性良好,若未通过0.05信 b 度检验,则相关性较差 6.3.1.2工程区域N年一遇最大风速计算 6.3.1.2.1当风险评估区域内有参证气象站且与专用气象站相关性良好时,利用极值I型概率分布函 数计算参证气象站N年一遇最大风速,然后利用比值系数或回归系数,将参证气象站N年一遇最大风 速推算到工程区域轮毂高度处,最后按照附录A的A.2计算工程区域标准空气密度下轮毂高度处N 年一遇风速 6.3.1.2.2当风险评估区域内无参证气象站或参证气象站与专用气象站相关性较差时,宜利用热带气 旋最佳路径数据集参照如下步骤计算工程区域N年一遇最大风速 当工程区域专用气象站位于某时刻某个热带气旋最大风速半径(计算方法参见HAD101/ 1一1991附录)范围内时,则认为工程区域专用气象站受到热带气旋影响,且工程区域专用 气象站该时刻的风速值等于该热带气旋的最大风速值 b 统计工程区域专用气象站年最大风速序列以及热带气旋影响频数,计算工程区域专用气象站
GB/38957一2020 N年一遇最大风速 1)若年最大风速样本可组成连续20年以上的年最大风速序列,利用极值I型概率分布函数 计算工程区域专用气象站的N年一遇最大风速 若年最大风速样本不能组成连续20年以上的年最大风速序列,利用泊松-耿贝尔 Poisson-Gumbel)概率分布函数(见附录B的B.1)计算工程区域专用气象站的N年一 遇最大风速,按照附录B的B.2和B.3对泊松-耿贝尔拟合分布进行检验,并按照附录A 计算工程区域标准空气密度下轮毂高度处N年一遇最大风述 6.3.2wIGS等级风速超越概率推算 将wTGS等级风速换算为工程区域空气密度下10m高度的风速,根据极值I型概率分布函数或 泊松-耿贝尔(Poisson-Gumbel)概率分布函数,计算工程区域标准空气密度下10m高度风速对应的 频率 6.3.3工程区域N年一遇极大风速计算 利用专用气象站至少一年的10min平均风速降序排列后前2%的数据作为较大值样本,计算其平 均阵风系数,利用a计算的工程区城N年一遇最大风速，与附风系数相采得到工醒区城N年 遇 极大风速 6.4风电机组选型及安全风险评估 6.4.1结合6.3推算的工程区域标准空气密度下轮毂高度处50年一遇最大风速,wTGS等级风速超 越概率,以及6.2计算的参考湍流强度、热带气旋眼壁区湍流强度,评估风电机组选型风险及安全等级 6.4.2判别6.2和6.3计算的风机工况参数是否满足风机性能指标和参数要求,评估风电机组选型 风险 6.4.3判别6.2计算的热带气旋湍流强度,极端运行阵风,极端风向变化、方向变化的极端相干阵风等 风机工况参数是否满足IEC61400-1;2019中6.3.3和GB/T31519-2015中5.3规定的各种工况的参 数要求,评估热带气旋条件下风电机组安全风险 热带气旋发电效益评估 7.1热带气旋发电效益评估目标和指标 7.1.1以满足风电机组发电工况气象参数条件的热带气旋外围风区为目标 7.1.2以风电机组等效满负荷运行小时数作为发电效益评估的指标 7.2热带气旋发电效益评估参数 7.2.1利用热带气旋发电效益评估区域内至少30年的热带气旋数据,评估平均年景,最好年景和最差 年景的热带气旋发电效益 7.2.2平均年景;热带气旋外围影响的年平均等效满负荷运行小时数 7.2.3最好年景;热带气旋外围影响最多或时段最长的年份的等效满负荷运行小时数 7.2.4最差年景;热带气旋外围影响最少或时段最短的年份的等效满负荷运行小时数
GB/T38957一2020 附 录 A 规范性附录) 标准空气密度下轮毂高度处风速计算 轮毂高度处风速推算 A.1 选取专用气象站10m高度处10min平均风速不小于10m/s的样本,利用式(A.1)进行拟合,得到 风切变指数a U.=u.( (A.1 式中 U 高度处的10min平均风速,单位为米每秒(m/s):; U0 10m高度处的平均风速,单位为米每秒(m/s); 高度,单位为米(m); 风切变指数,无量纲数 将拟合得到的风切变指数a及轮毂高度代人式(A.1)得到轮毂高度处的风速 A.2标准空气密度下风速计算 将风速订正到标准空气密度状况下的计算见式(A.2) g (A.2 Uo=U 式中 -标准空气密度状况下的风速,单位为米每秒(m/s) n -实测风速,单位为米每秒(m/s); -实测空气密度,单位为千克每立方米(kg/mi); 标准空气密度,取常数1.225kg/m po0
GB/38957一2020 附录B 规范性附录 热带气旋影响的泊松-耿贝尔(Poisson-Gumbel)分布 B.1泊松-耿贝尔(Poisson-Gumbel)分布函数 符合泊松-耿贝尔(Poisson-Gumbel)分布的N年一遇(概率为P)最大风速.xp计算见式(B.1): B.1 -合十中,/a Z尸5 式中 位置参数,无量纲数 尺度参数,无量纲数 b -由式(B.2)计算 B.2) --[-(+a)月 pp= 式中: -热带气旋影响总次数与总年数的比值,无量纲数 参数a和的估计值计算分别见式(B.3)和式(B.4) (B.3 三 E(y =E(r (B.4 式中: -由小到大排列的年最大风速序列,单位为米每秒(m/s) -由式(B.5)计算 -1,2,.,n (B.5 》---,门 式中 热带气旋影响的总年数,无量纲数 B.2热带气旋影响频数分布拟合检验 采用卡方检验对泊松-耿贝尔分布中的热带气旋影响频数分布拟合进行检验,见式(B.6): 二nP ， ,i=0,1,,K B.6 X?= 二 ----( nP 式中: 组数,无量纲数 各组实际出现次数,无量纲数 f， 实际总年数,无量纲数; 各组理论分布频数,由式(B.7)求得: PK=e 爱 (B.7 取信度为5%,查X=分布表,若大于计算的X,表明该海域热带气旋影响频数符合泊松分布
GB/T38957一2020 B.3热带气旋影响风速分布拟合检验 采用柯尔莫哥洛夫法对泊松-耿贝尔分布中的风速分布拟合进行检验 将风速由大到小作成有序 统计量并分成几组,计算各组理论点与经验点间的最大偏差D,见式(B.8) (B.8 D=|P,(z)一P(r |mnx 式中 P,(工) -经验分布的累积频率,无量纲数; P(.r -理论分布累积概率,无量纲数 按柯尔莫哥洛夫适度准则设7=VD,计算累积概率P(),见式(B.9): ，-2u2p P(p=|尸,(r) B,9 一Aol->'儿 根据信度'找到满足P())=1一的临界值”,然后比较7与？,若？,则接收原假设,若>” 则拒绝原假设
GB/38957一2020 考文 参 献 GB/T18451.1一2012风力发电机组设计要求 [2] GB/T19201一2006热带气旋等级 [3]GB/T31517一2015海上风力发电机组设计要求 [4]GB/T31724一2015风能资源术语 [5幻 GB500092012建筑结构荷载规范 [们 DL/T5158一2012电力工程气象勘测技术规程 HAD101/1l一1991核电厂设计基准热带气旋 [[8]JTG/T3360-01一2018公路桥梁抗风设计规范 [9 NB/T31029一2012海上风电场风能资源测量及海洋水文观测规范 [10]QxT436一2018气候可行性论证规范抗风参数计算 气候可行性论证规范现场观测 QX/T4492018 气候可行性论证规范总则 12]QX/T4692018 间俊岳，陈乾金,张秀芝,等近海气候[M].北京;科学出版社,1993 13]

海上风电场热带气旋影响评估技术规范GB/T38957-2020解读

在这样的背景下，国家质量监督检验检疫总局和国家能源局联合发布了《海上风电场热带气旋影响评估技术规范GB/T38957-2020》。该技术规范细化了评估的步骤、方法、标准和指标体系，并提供了相应的技术要求和建议。

首先，该技术规范明确了热带气旋对海上风电场的影响类型。包括但不限于风、波浪、涌浪、暴潮、水平和垂直气压等。同时，该规范还提出了评估的基本原则，即科学、客观、综合、透明。

其次，该规范详细阐述了评估的步骤和方法。其中包括热带气旋路径预报、海洋环境参数获取、数值模拟、影响分析和后评估等环节。在这些环节中，需要进行多方面的数据采集、处理和分析，以得到准确、全面的评估结果。

此外，该技术规范还建立了相应的评估指标体系。其中包括了受影响的海上风电机组数量、损失电量、损失时间、经济损失等多个方面。这些指标将有助于实现对热带气旋影响的精准评估。

最后，该规范还提供了相应的技术要求和建议。例如，建议在评估过程中使用多个热带气旋路径预报模型，并对比分析其预报结果的差异；建议使用多种数值模拟软件，以提高评估结果的可靠性等。

总之，该技术规范的发布将有助于提高海上风电场热带气旋影响评估的科学、客观程度，为相关企业和机构提供更好的技术规范和指导。

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