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      臺風(fēng)“威馬遜”影響廣東期間近地層風(fēng)特性

      2016-11-24 07:04:14程艷偉
      資源節(jié)約與環(huán)保 2016年6期
      關(guān)鍵詞:威馬遜風(fēng)塔測風(fēng)塔

      程艷偉

      (中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司廣東廣州510610)

      臺風(fēng)“威馬遜”影響廣東期間近地層風(fēng)特性

      程艷偉

      (中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司廣東廣州510610)

      臺風(fēng)是廣東沿海地區(qū)的主要氣象災(zāi)害之一。本文通過風(fēng)電場測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù),分析了2014年第9號超強臺風(fēng)“威馬遜”影響廣東期間近地層風(fēng)特性,可用于指導(dǎo)評估該臺風(fēng)造成的風(fēng)電場災(zāi)害分析,同時可用于臺風(fēng)災(zāi)害預(yù)防具有借鑒意義。

      臺風(fēng);風(fēng)電場;近地層風(fēng)特性

      廣東省地處亞熱帶、濱臨南海,沿海地區(qū)風(fēng)能資源較豐富。同時,廣東也是中國受臺風(fēng)影響最多、災(zāi)害最重的省份之一,平均每年登陸廣東的臺風(fēng)有3.7個,居全國之首,其中最多年份達7個。截至2014年底,廣東省并網(wǎng)風(fēng)電總裝機容量為2758MW,其中大部分位于沿海地區(qū)。

      2014年第9號超強臺風(fēng)“威馬遜”(國際編號:1409)7月18日15時30分在海南沿海登陸,登陸時中心附近最大風(fēng)力17級(60m/s)。18日19時30分在廣東沿海登陸,登陸時中心附近最大風(fēng)力17級(60m/s)。19日7時10分在廣西沿海登陸,登陸時中心附近最大風(fēng)力15級(48m/s),為強臺風(fēng)級別。受其影響,海南、廣東、廣西多地出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨天氣,引發(fā)洪澇等災(zāi)害,海南、廣東等地多臺風(fēng)電機組也不同程度受損。

      廣東省徐聞縣東部和雷州市西部的兩個風(fēng)電場測風(fēng)塔(編號分別為1#和2#)觀測記錄了臺風(fēng)“威馬遜”在廣東登陸期間近地層的風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等數(shù)據(jù)。1#和2#測風(fēng)塔均位于平坦開闊的地形,場地高程分別為45m和137m,安裝NRG測風(fēng)設(shè)備,記錄儀采樣間隔為1s,記錄間隔為10min,各儀器配置情況見表1。這2座測風(fēng)塔均位于“威馬遜”路徑右側(cè),距臺風(fēng)中心最近距離分別為23.4km和25.3km。

      表1 測風(fēng)塔儀器配置表

      1#測風(fēng)塔臨近臺風(fēng)登陸點,2#測風(fēng)塔臨近臺風(fēng)離岸點。本文通過對臺風(fēng)“威馬遜”期間(文中指影響廣東期間的7月17日~20日時段)的1#和2#測風(fēng)塔數(shù)據(jù)分析,分析揭示臺風(fēng)“威馬遜”影響廣東期間近地層風(fēng)特性。

      圖1 “威馬遜”路徑和測風(fēng)塔位置示意圖

      1 氣壓特征

      在臺風(fēng)期間,各測風(fēng)塔測得較低氣壓值。1#測風(fēng)塔測得最低氣壓為95.2kPa,時間為18日19時10分,此時距臺風(fēng)中心最近;2#測風(fēng)塔測得最低氣壓為93.5kPa,時間為18日23時30分,此時距臺風(fēng)中心最近。(2#測風(fēng)塔20日15時后氣壓傳感器故障。)

      圖2 各測風(fēng)塔歷時氣壓

      2 風(fēng)向特征

      圖3所示為1#測風(fēng)塔80m高度及2#測風(fēng)塔100m高度10min平均風(fēng)向變化曲線。臺風(fēng)影響前,測風(fēng)塔風(fēng)向為120°~150°;臺風(fēng)臨近時,風(fēng)向角度逐漸減小至0°(360°),后又逐漸增大;距臺風(fēng)中心最近時的風(fēng)向為90°~120°;臺風(fēng)經(jīng)過后,風(fēng)向角度速繼續(xù)增大至180°左右,然后小幅波動(2#測風(fēng)塔20日10時后風(fēng)向波動較大)。

      圖3 各測風(fēng)塔歷時風(fēng)向

      圖4 測風(fēng)塔風(fēng)向玫瑰圖(單位:%)

      3 風(fēng)速特征

      3.1大風(fēng)

      圖5所示為1#測風(fēng)塔80m高度及2#測風(fēng)塔100m高度10min平均風(fēng)速變化曲線。臺風(fēng)影響前,測風(fēng)塔平均風(fēng)速小于10m/s;臺風(fēng)臨近時,風(fēng)速逐漸增大,1#測風(fēng)塔80m高度錄得10min平均風(fēng)速最大47.6m/s,陣風(fēng)風(fēng)速最大為60.1m/s,時間為18日19時10分;2#測風(fēng)塔100m高度錄得10min平均風(fēng)速最大為44.9m/s,陣風(fēng)風(fēng)速最大為58m/s,時間為18日23時30分。臺風(fēng)經(jīng)過后平均風(fēng)速恢復(fù)到小于10m/s。

      從大風(fēng)持續(xù)時間看,兩個測風(fēng)塔20m/s以上10分鐘平均風(fēng)速持續(xù)時間約為14.2h~15.3h,40m/s以上風(fēng)速持續(xù)時間約為1.3h~2.3h。

      圖5 測風(fēng)塔歷時10min平均風(fēng)速風(fēng)速

      從圖6所示的各風(fēng)向平均風(fēng)速看,1#測風(fēng)塔N和E方向平均風(fēng)速最大,2#測風(fēng)塔NE和N方向平均風(fēng)速最大。

      圖6 測風(fēng)塔各風(fēng)向平均風(fēng)速圖(單位:m/s)

      3.2陣風(fēng)系數(shù)

      在IEC 61400-1中,陣風(fēng)系數(shù)為3秒鐘極大風(fēng)速與10min平均風(fēng)速的比值,并且極端風(fēng)速模型中采用的陣風(fēng)系數(shù)為1.4。1#和2#測風(fēng)塔記錄儀的采樣間隔均為1s,此處采用1s極大風(fēng)速計算陣風(fēng)系數(shù)值,結(jié)果見圖7。

      在臺風(fēng)影響期間,1#測風(fēng)塔80m及2#測風(fēng)塔100m高度陣風(fēng)系數(shù)平均值分別為1.29和1.28,最大值分別為1.97和2.38,17日8時和20日15時前后陣風(fēng)系數(shù)較大。陣風(fēng)系數(shù)與平均風(fēng)速和風(fēng)向變化的關(guān)系不顯著。

      圖7 測風(fēng)塔歷時陣風(fēng)系數(shù)圖

      根據(jù)兩個測風(fēng)塔最大風(fēng)速時間差,結(jié)合臺風(fēng)路徑,估算臺風(fēng)中心移動速度約為19km/h。

      3.3風(fēng)速垂直切變

      采用切變指數(shù)α描述風(fēng)速垂方向變化規(guī)律,冪律計算公式為:

      其中,V1和V2分別為h1和h2高度的風(fēng)速值。

      統(tǒng)計兩個測風(fēng)塔80m和60m高度之間風(fēng)速垂直切變指數(shù),結(jié)果見圖7。1#測風(fēng)塔切變值最大為1.17,最小為-0.14,平均值為0.12;2#測風(fēng)塔切變值最大為0.70,最小為-0.13,平均值為0.24。

      圖8 測風(fēng)塔80m/60m之間歷時切變指數(shù)

      4 湍流強度特征

      湍流強度Ti描述風(fēng)速隨機變化的幅度,是決定機組設(shè)計等級的重要參數(shù)。采用10分鐘平均風(fēng)速V和均方差風(fēng)速σ計算湍流強度,公式為

      各測風(fēng)塔歷時湍流強度變化見圖8,各風(fēng)速段湍流強度見圖9。

      在臺風(fēng)影響期間,1#測風(fēng)塔80m及2#測風(fēng)塔100m高度湍流強度平均值分別為0.113和0.109,最大值分別為0.348和0.396,17日12時和20日15時前后湍流強度較大。湍流強度與平均風(fēng)速和風(fēng)向變化的關(guān)系不顯著。

      在15m/s風(fēng)速條件下,測風(fēng)塔湍流強度分別為0.108和0.107,為相對較小湍流強度。

      圖9 測風(fēng)塔歷時湍流強度

      5 結(jié)語

      在超強臺風(fēng)“威馬遜”影響廣東期間,近地層風(fēng)特性主要通過距離臺風(fēng)中心23.4km~25.3km處的測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)予以揭示,主要為:(1)氣壓較低。測風(fēng)塔氣壓最小值為93.5kPa。(2)風(fēng)速較大。測風(fēng)塔80m~100m高度10分鐘平均最大風(fēng)速為44.9m/s~47.6m/s。(3)風(fēng)向變化較緩和。(4)陣風(fēng)系數(shù)、垂直切變指數(shù)、湍流強度等指標隨風(fēng)速變化波動變化不顯著。

      [1]繆旭明,高拴柱,張靜.超強臺風(fēng)“威馬遜”成因及應(yīng)對[J].中國應(yīng)急管理,2014,9.

      程艷偉(1980—),男,漢族,河北遷安人,工程師,從事風(fēng)能資源評估工作。

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