梯度风观测实施方案

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1、梯度风观测实施方案简介1 1 概述概述利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术 的发展、是环保理念的体现。也是一个地区环保的重要指标。洁净能源指太阳 能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源。特别是风能技 术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。 地球风能约为 2.74109MW, 可利用风能为 2107MW，是地球水能的十倍。 只要利用上地球 1%的风能就能满足全球能源的需要。我国探明风能理论储量为 32.26 亿 KW，而可发利用为 2.53 亿 KW， ，大于 6m/s 的风速时间全年 3000h 以 上就可取得较大经济利润效益。从目前经

2、济技术条件和成本效益角度出发，优 先考虑发展风能是明智之举。 目前风电场造价成本约为 80009000 元/KW，机组（设备）占 75%左右， 基础设施占 20%，其它占 5%。风能利用小时数在 27003200 小时，其风电成本 约 0.450.6 元/千瓦时，另外风电场运行成本费用很低，一旦建成风电场就是 一源源不断的出钱机器（注：一般风电场机组寿命 25 年） 。 国家政策重点扶持发展新能源和洁净能源。据有关消息，大于 1000KW 风电 机组进口免征进口关税；风力发电减半征收增值税，优先无条件上网，上网电 价优惠等政策都有利和加快风电的发展。 那么选择风能电站的位置就需要前期作大量风资

3、源的勘测，梯度风的观测 因此而生。就需要对建厂地的空气环境进行缜密的观测，尤其是对建厂地区的 风速，风向，温度，湿度等气象观测要素进行数据分析，统计，更加准确科学 的确定建厂地点，以及建厂时选择什么样的风机机型提供可靠的依据。 一般发电厂都会建在无人的地方，所以对观测气象要素的自动气象站提出 了更加严格的要求。我厂在近年对河北、山东、湖北、广州等省份都建了梯度 风观测站最长观测的梯度站（大亚湾核电站）于 1999 年建立于今 9 年之久。河 北涞源风能勘测站也有 5 年连续数据观测。不同的梯度观测用户的关注点不同， 采集的要素也不完全相同。数据处理传输分析也不完全相同。例如核电风站的 观测最关

4、注的是风的脉动情况，风能站勘测最关注的是平均风速。 本系统是依据中国气候观测系统实施方案中的第 284-285 页风能观 测要求及环渤海及其邻近海域海洋气象灾害监测预警系统中的航线/近 海大风塔观测设备的技术要求而定的。 观测仪器和方法风能观测根据地形条件建立 50m、70m、100m 观测塔，开展风能资源观测。 100 测风塔上应至少安装 5 层风速传感器，分别位于 10、30、50、70、100 米 处；至少安装 2 层风向传感器，分别位于 50、100 米处；70 测风塔上应至少安 装 4 层风速传感器，分别位于 10、30、50、70 米处；至少安装 2 层风向传感器， 分别位于 50

5、、70 米处；50 测风塔上应至少安装 3 层风速传感器，分别位于 10、30、50 米处；至少安装 2 层风向传感器，分别位于 30、50 米处。2 2、系统实施方案、系统实施方案2.12.1 采用采用 DZZ2DZZ2 型系列自动气象站型系列自动气象站DZZ2 型系列自动气象站是一种野外全地域型自动气象站。该系统在我厂多 个领域多个项目中使用，显示整套系统具有很好的兼容性、一致性与稳定性， 能够提供和满足不同任务需要的各种系统工作模式。它采用模块化结构设计， 通过软件硬件的不同配置，并配接不同的通讯载体，可作为有线遥测站、全自 动无人站使用。适合于气象部门的基准站、基本站、一般站以及各种类

6、型的中、 小尺度自动站网络和气候自记站。可广泛应用于海洋、海岛、环保、机场、农海洋、海岛、环保、机场、农 林、水文、军事、仓储、林、水文、军事、仓储、科学研究等领域。 使用环境广泛，可在各种恶劣自然环境下正常工作，是完全野外型自 动气象站； 可靠性高、寿命长，可长期在野外环境下连续稳定工作； 数据采集系统精度准确，各观测数据的精度均达到国际先进水平； 操作简便，易于安装维护和远、近程监控； 工艺精良，具有良好的抗腐蚀性； 低功耗，提供多种供电方式； 先进完善的多种防雷保护设计，能有效的防治雷电干扰； 软件：采用“中国气象局大监项目软件” ，具有超强兼容性、功能齐全、 稳定可靠。该软件包可以对采

7、集器进行终端操作，诊断到采集系统底层，便于 发现和分析各类深层次问题。2.22.2 系统组成说明系统组成说明用于梯度风观测的 DZZ2 型系列自动气象站与一般站基本一致主要由：传感 器（气压、温度、湿度、风向、风速） ，数据采集器，防雷模块，电源系统，数 据管理软件等部分组成。传感器将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化。信号电缆接口与保 护电路将各路传感器的信号传输到数据采集器，并提供防感应雷击和电源过载 保护，以避免自动站由于过长的信号传输电缆所带来的干扰和损坏。电源系统： 由空气开关、防雷模块、蓄电池和充电控制器等组成。多种供电方式：可提供 交流供电、直流供电等多种供电方式。安全保护系

8、统：空气开关、电源控制器、 防雷板等。 不同的是一般站点只有一个风速风向，它有多层风速风向，这些风速风向不同的是一般站点只有一个风速风向，它有多层风速风向，这些风速风向 观测里有的层又有超声波观测。为了减低系统的复杂度、故障率。我们将所有观测里有的层又有超声波观测。为了减低系统的复杂度、故障率。我们将所有 层的风速风向都独立处理为统一层的风速风向都独立处理为统一 RS485RS485 方式输出（超声波风传感器输出本身既方式输出（超声波风传感器输出本身既 为为 RS485RS485） ，这样整个铁塔只用拉一个电缆线。，这样整个铁塔只用拉一个电缆线。 安装示意图如下图所示：梯度风示意图 风能观测：

9、 根据地形条件建立 50m 或 70m 或 100m 观测塔，开展风能资源观测。 100m 测风塔上应安装 5 层风速传感器，分别位于 10、30、50、70、100 米处； 安装 2 层风向传感器，分别位于 50、100 米处； 70m 测风塔上安装 4 层风速传感器，分别位于 10、30、50、70 米处；安装 2 层 风向传感器，分别位于 50、70 米处； 50m 测风塔上安装 3 层风速传感器，分别位于 10、30、50 米处；安装 2 层风向 传感器，分别位于 30、50 米处。 同时温度湿度和气压都可以安装铁塔上或其 30 米内的设施上，安装位置高于两 米。2.32.3 技术指标

10、技术指标2.3.12.3.1 采集系统主要性能，主采集器型号为芬兰采集系统主要性能，主采集器型号为芬兰 VaisalaVaisala QML201QML201 1、 以小时为单位存储气压、温度、湿度、风向、风速配有智能化电源为采集 器供电。在市电停电的情况下，电池组可保证十五天以上的正常供电。供电方 案多样化。 （电源部分包括后备电源箱和太阳能供电系统，其中后备电源箱包括 蓄电池和充电器，在无市电和连续阴雨天气的情况下，保证自动气象站系统 15 天以上正常工作。太阳能供电系统由若干太阳能电池板、若干个蓄电池、电源 控制器、线缆、密封机柜、支架等组成。电源箱和太阳能供电系统要具有较强 的抗风、防

11、盐雾腐蚀和防雷击能力） 。 2、 具有实时时钟。 3、 通信方式提供了 RS485 和 RS232 两种通信接口，可直接使用随机提供的手 持终端进行数据查询显示，也可直接使用笔记本电脑进行数据查询显示；支持 GPRS/CDMA 网络，工作频率稳定，按照中国气象局有关规定，形成 1 小时正点 加密（或按加密指令，实现分钟观测资料）上传数据文件格式，并实现实时上 传（采用串口通讯方式，子站计算机接收数据后自动存储并打包上传） 。 4、 存储容量：1.7M 的内部存储单元，能存储至少一星期逐分钟的历史数据， 至少三个月逐小时数据，还可以扩展 128M 外部存储卡用于储存更多数据。 5、 整套系统具有

12、很好的防雷保护，每个通道具有过流过压的保护。 6、 低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守。 7、 通道：10 个差分模拟量输入，2 个计数通道，内部有一个 PMT16 气压传 感器接口。 8、 一个 RS232 串口，两个扩展口，可扩为 RS232，RS485 方式主采集器采用国际上具有领先水平的采集器，它是目前世界上最先进的气 象专业采集器。技术指标 名称描述/参数值 处理器32 位摩托罗拉单片机 A/D 变换16 位 数据存储内部含 1.7M Flash 存储 可外扩到 128M Flash 存储 传感器输入10 个差分模拟量输入（20 个单端输入） ； 2 个计数/频率输入； 内部有一个

13、 PMT16 气压传感器接口。 工作温度-35+55 保存温度-50+70 工作湿度0100% 温度测量范围为:- 50+80最好0.06温度测量范围为:- 35+50最大误差不超过0.12在 0最大误差不超过0.06 电压测量 2.5V 250mV 25mV 6.5mV0.08%F.S. 150uV 0.18%F.S. 15uV 0.18%F.S. 3uV 0.18%F.S. 3uV频率测量0.003% +分辩率 241ns 串口通信 标准 可选择项一个 RS232 两个扩展口，可扩为 RS232,RS485 方式。实时时钟有 电源消耗小于 10mA/6V 供电814VDC2.3.22.3.

14、2 传感器性能指标传感器性能指标要素设备型号技术指标杯式风速风向EL15风向 测量范围03600 精确度 30 分辨力 30 响应灵敏度 0.3m/s 风向输出7 位格雷输出或 0V2.5V 抗风强度75m/s风速技术参数 测量范围0.3m/s60m/s 分辨力 0.05m/s 启动风速0.3m/s 抗风强度75m/s3D 超声波风传 感器USA-1 型 3D 超 声波风传感器 美国贝纳斯测量范围：测量范围： 风速 ：0 50 m/s 风分量：-50 50 m/s 风向 ：0 359 风向（带磁滞）：0 540 温度：-30 50 C 时钟输入（选项选项）：0 10 Hz Pt100 输入（选

15、项选项）： -30 50 C 模拟输入（选项选项）：-10 +10 V 或-5 +5 V 测量分辨率：测量分辨率： 风速： 0.01 m/s 风分量 ： 0.01 m/s 风向： 1 温度： 0.01 K Pt100 输入（选项；选项；1212 位位 100100 CC)： 0.025 K 模拟输入（选项；选项；1212 位位 1010 VDCVDC)： 2.5 mV温度湿度芬兰 Vaisala 温湿传感器 HMP45D测量范围：-50+60 输出：四线制电阻值 准确度：0.2 分辨率：0.1 元件类型：Pt100 工作温度：-50+60 测量范围：0100% RH 输出：0%100%RH，对

16、应 01VDC 精度：2%RH(0%-90%RH) 3%RH(90%- 100%RH) 分辨率：1%RH气压芬兰 Vaisala 气 压传感器 PTB220测量范围：4501100hPa 分辨率：0.1 hPa 准确度：0.3 hPa 工作温度：-40 +60 工作湿度：不凝结 存储温度：-60 +603 3、传感器介绍、传感器介绍3.13.1 风向风速传感器风向风速传感器3.1.13.1.1 杯式风速风向传感器杯式风速风向传感器风速测量是利用一个低惯性的风向标部件作为感应部件，风向标部件随风 旋转，带动转轴下端的风向码盘，此码盘按 8 位格雷码编码进行光电扫描输出 脉冲信号。本仪器的输入、输出端均采用瞬变抑制二极管进行过载保护。壳体 内还装置电子调节加热系统，它一般能提供 25W 的