風(fēng)資源評(píng)估的不確定性分析

趙韻

摘 要：風(fēng)資源評(píng)估是評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一個(gè)很重要的條件。風(fēng)資源評(píng)估的一個(gè)重要部分是對(duì)結(jié)果不確定性的分析。不確定性分析是指對(duì)決策方案受到各種事前無法控制的外部因素變化與影響所進(jìn)行的研究和估計(jì)，是由于不確定因素變化對(duì)項(xiàng)目投資效益影響程度的分析與計(jì)算。文章描述了在風(fēng)資源評(píng)估過程中，跟不確定性分析相關(guān)的因素。

關(guān)鍵詞：風(fēng)資源；評(píng)估；不確定性；分析

1 發(fā)電量敏感因子

有若干不確定性因素跟風(fēng)速相關(guān)。為了把這些不確定性轉(zhuǎn)化為發(fā)電量，得出了一個(gè)從發(fā)電量到風(fēng)速的敏感比例，即敏感因子，單位是（GWh/annum）/（m/s），敏感因子有賴于很多因素，包括：（1）平均風(fēng)速；（2）風(fēng)速頻率分布；（3）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)排布；（4）風(fēng)機(jī)機(jī)型。敏感因子也可以由敏感比例來描述風(fēng)速改變的百分比導(dǎo)致發(fā)電量改變的百分比。敏感比例在1.6到2.4之間視為正常。

2 不確定性

將每種因素的結(jié)果都假定為中心估計(jì)，移除各種偏量。但是，不可能對(duì)每一個(gè)分析的因素的所有偏量都進(jìn)行量化和修正。因此，分析中不能被量化的因素（誤差）我們當(dāng)作不確定性來考慮。這些因素里的各種來源的誤差一般情況下視為隨機(jī)。一般認(rèn)為隨機(jī)誤差的分布接近正態(tài)分布。例如，風(fēng)速儀的校正、相關(guān)性分析誤差和總體誤差，在考慮發(fā)電量預(yù)測(cè)的時(shí)候，已經(jīng)被證實(shí)是非常接近正態(tài)分布的。在對(duì)分析的每一步制定了各自的不確定性之后，應(yīng)用發(fā)電量敏感因子轉(zhuǎn)換成發(fā)電量。鑒于每步分析的不確定性根據(jù)來源的不同而不同，可以預(yù)計(jì)每個(gè)分析因素的誤差和另一個(gè)因素的誤差是沒有關(guān)系的。如果分析的每個(gè)單獨(dú)因素的誤差是不相關(guān)的，那么單獨(dú)的不確定性也可以認(rèn)為是彼此獨(dú)立的。所有分析因素的不確定性可以結(jié)合在一起，以平方根的形式呈現(xiàn)，作為發(fā)電量預(yù)算的總體不確定性，假設(shè)不確定性是正態(tài)分布。通常提供置信區(qū)間為50%、75%和90%的發(fā)電量預(yù)測(cè)。P50是一種情形，實(shí)際發(fā)電量高于或者低于P50發(fā)電量的機(jī)會(huì)是相等的，因此P50發(fā)電量水平通常被稱為中心估計(jì)。75%和90%的時(shí)間都能達(dá)到的發(fā)電量就是我們說的P75和P50。不同置信區(qū)間下的發(fā)電量水平是基于中心估計(jì)的發(fā)電量、不確定性以及置信區(qū)間下適合的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

進(jìn)一步還需要考慮的是發(fā)電量是基于未來多少年，通?？紤]的是1年、10年和20年，但是其他的時(shí)間如果需要的話也可以考慮。

3 不確定性分類

3.1 風(fēng)速測(cè)量

由于風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)速的測(cè)量精確性各有不同，需要對(duì)其進(jìn)行不確定性分析，通?？紤]的是最高的風(fēng)速儀?；陲L(fēng)速儀有沒有補(bǔ)MEASNET名單內(nèi)的第三方校準(zhǔn)，以及是不是符合IEA和IEC61400-

12-1標(biāo)準(zhǔn)，其不確定性在2.0%-3.0%范圍內(nèi)。

3.2 數(shù)據(jù)重建

當(dāng)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)需要重建的時(shí)候，由于應(yīng)用了分扇區(qū)的加速因子到長(zhǎng)期風(fēng)速和風(fēng)頻分布，所以產(chǎn)生了不確定性。值得注意的是，即使有十分鐘平均的數(shù)據(jù)，該不確定性還是由小時(shí)平均數(shù)據(jù)得出。如果進(jìn)行了許多相關(guān)性分析，那么需要考慮多次的不確定性，對(duì)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行重建的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，并結(jié)合在一起。數(shù)據(jù)即使是重建后也不是總能達(dá)到100%的數(shù)據(jù)覆蓋率。不需要應(yīng)用額外的不確定性，除非有一個(gè)或者多個(gè)月，比如所有的一月份數(shù)據(jù)都少于一個(gè)月。如果這樣的話，風(fēng)玫瑰圖應(yīng)該考慮更高的不確定性，來彌補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)損失。

3.3 長(zhǎng)期風(fēng)速調(diào)整

風(fēng)資源評(píng)估當(dāng)中，測(cè)風(fēng)塔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間段有限，需要應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)參考站的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)來對(duì)測(cè)風(fēng)塔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期風(fēng)速調(diào)整，這其中也有不確定性。該不確定性的分析應(yīng)用Bootstrapping法，即利用有限的樣本資料經(jīng)由多次重復(fù)抽樣，重新建立起足以代表母體樣本分布之新樣本。

3.4 年平均風(fēng)速變化

年平均風(fēng)速隨著年份不同而不同。有研究表明[1]，長(zhǎng)期年平均風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)變化率為6%。如果現(xiàn)場(chǎng)附近有長(zhǎng)期參考站數(shù)據(jù)可以參考（比如超過15年），那么這些數(shù)據(jù)可以用來定義該區(qū)域年平均風(fēng)速的變化率。如果沒有這樣的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)參考，那么就用6%來定義。

3.5 垂直外推

當(dāng)測(cè)風(fēng)塔測(cè)量的風(fēng)速高度和輪轂高度不一致時(shí)，需要對(duì)測(cè)風(fēng)塔測(cè)量風(fēng)速進(jìn)行外推，得到風(fēng)機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速，這其中有不確定性。目前，相關(guān)不確定性的計(jì)算方法還在研究中，但是這個(gè)過程存在很多變數(shù)，還沒有哪種計(jì)算方法能考慮到所有的情況。當(dāng)實(shí)際情況與以下情況相符時(shí)，可以認(rèn)為是“理想”的：（1）所有的風(fēng)速儀類型相同；（2）所有風(fēng)速儀都經(jīng)過合格校準(zhǔn)；（3）所有風(fēng)速儀都按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安裝；（4）至少三個(gè)高度的風(fēng)速儀用來計(jì)算風(fēng)剪切；（5）最高處的風(fēng)速儀和低一些的風(fēng)速儀高度差至少20m；（6）測(cè)量數(shù)據(jù)顯示了良好的對(duì)數(shù)指數(shù)或冪指數(shù)的關(guān)系；（7）沒有因?yàn)橹車臉淠径鴮?dǎo)致高度調(diào)整；（8）最低的風(fēng)速儀高度至少30m；（9）有另一個(gè)測(cè)風(fēng)塔作參考，位于有著相似地形和植被的不同的地方。

但是實(shí)際情況往往跟上述有些不相符，需要對(duì)這些情況進(jìn)行評(píng)估，其導(dǎo)致的不確定性的大小取決于其對(duì)結(jié)果的影響程度，如下：（1）風(fēng)速儀沒有經(jīng)過校準(zhǔn)；（2）風(fēng)速儀的安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)，離塔身和桅桿距離太近；（3）只有兩個(gè)風(fēng)速儀用來分析風(fēng)剪切；（4）風(fēng)剪切指數(shù)不具備代表性，并且沒有其他的測(cè)風(fēng)塔可以做參考。

3.6 風(fēng)流和尾流建模

風(fēng)流和尾流建模過程中，影響不確定性的因素主要有：（1）風(fēng)流模型的精確度（粗糙度、障礙物等）以及發(fā)電量模型（功率曲線、推理系數(shù)曲線、空氣密度等）；（2）風(fēng)機(jī)距離測(cè)風(fēng)塔的距離。在復(fù)雜地形（或者復(fù)雜風(fēng)況），建議最好是距離在一公里以內(nèi)，以降低不確定性。對(duì)簡(jiǎn)單地形而言，建議最好是在兩公里以內(nèi)。當(dāng)然，實(shí)際情況一般是達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，所以不確定性會(huì)增大；（3）風(fēng)機(jī)所處的地形特征和測(cè)風(fēng)塔類似；（4）預(yù)測(cè)的尾流損失和風(fēng)機(jī)的排布；（5）現(xiàn)場(chǎng)及周圍的粗糙度是一致的還是變化的；（6）現(xiàn)場(chǎng)及周圍是否有樹林；（7）在

測(cè)風(fēng)塔及風(fēng)機(jī)位置附近是否有陡峭的斜坡超過20度。通常來說風(fēng)流和尾流建模對(duì)發(fā)電量評(píng)估的不確定性范圍在2%到10%之間。

3.7 風(fēng)玫瑰的長(zhǎng)期代表性

如果測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)太短，其風(fēng)玫瑰圖是不具備長(zhǎng)期代表性的。通常情況下，測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)有效數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)和不確定性的關(guān)系如表2所示。如果時(shí)長(zhǎng)在2年以上，則視為具有長(zhǎng)期代表性。

除了上述幾種不確定性分類之外，還有變電站計(jì)量、損失因子假設(shè)等帶來的不確定性。對(duì)風(fēng)資源評(píng)估的不確定性進(jìn)行分析，可以盡量弄清和減少不確定因素對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響，預(yù)測(cè)項(xiàng)目投資對(duì)某些不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)的抗沖擊能力，從而證明項(xiàng)目投資的可靠性和穩(wěn)定性，避免投產(chǎn)后不能獲得預(yù)期的利潤(rùn)和收益，在風(fēng)資源評(píng)估過程中是由為重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]Rattery. P，"Understanding the risks of financing wind farms"， Final report of EU THERMIE B Contract No.STR 939-96 UK，August 1999.