文摘
美国东北部海岸预计将扩大从现有30 MW海上风电装机容量超过22千瓦未来十年,然而,只有少数的风速测量可在该地区,没有一个在中心高度(约合今天的100美元);因此,推断需要估计风速的函数的高度。一个常见的方法是log-law,基于表面粗糙度长度( )。没有可靠的估计该地区已经在文献中提出的。这里,我们填补这一知识空缺进行了使用两个领域的活动,在楠塔基特海角风能(CW)平台:2003 - 2009年的“连续波历史”,收集风力测量在气象塔在三个层次(,41岁的20和60 m AMSL)声波和杯/叶片风速计,和2013 - 2014年IMPOWR(提高海上风力资源的映射和预测),收集高频风力和通量测量12 m AMSL。我们测试了三种不同的方法来计算 :(1)分析方法,依靠摩擦速度和一个稳定的功能ψ;(2)Charnock之间的关系和 ;(3)基于风速的统计方法观察到三个层次。前两种方法是物理,而纯粹的数学统计方法。比较均值和中位数 ,我们发现,中位数是一种更健壮的统计数据,因为超过四个数量级的意思是不同的三种方法和两个活动。一般来说,中位数展品小季节性变化和弱依赖大气稳定,主要是不稳定的(54 - 67%)。提供最准确的估计的目标中心附近的风速高度现代涡轮,统计方法,尽管交付不现实的值,给出了60米风的最佳估计,即使在5米风速从附近的浮标作为参考。不切实际的值是由非风速资料,发生大约41%的时间,不应该拒绝,因为他们产生现实的适合。此外,统计方法优于其他两个即使它不需要任何稳定的信息。总之,如果风速数据从多个水平,垂直指向一样漂浮的激光雷达和气象塔,统计方法建议,无论看似不切实际值。如果没有可用多层风速但先进的声波风速测定可在某种程度上,建议对Charnock的分析方法。最后,如果一个恒定的值描述该地区的追捧,我们推荐的中位数统计方法,例如, ,这是典型的风大浪急的海面。
1。介绍
海上风力发电场有潜力成为一个主要的和国家在美国的电力来源,风通常比内陆地区(在海外更强,更稳定1]。报道称,在美国能源部(DOE)建议的潜在发电量2000千瓦(GW)每年从美国海岸的近海风力网站和大湖泊。这个数量是两次联合能源生产从发电厂在整个国家2]。美国东北部沿海水域尤其有利于未来海上风电场开发在美国(3),部分原因是这些领域已经支付电力公司率最高的国家(1]。据美国能源部,东海岸可能能够提供自己的海上风力发电比从任何其它形式的能源2]。建立了美国第一个海上风电场罗德岛海岸的一个30兆瓦(MW)项目在2016年。它包括五个电能涡轮机块岛沿岸,罗德岛。布鲁克岛项目报告显示旅游的增加,能源价格下降,更多的优势(https://www.awea.org/policy-and-issues/u-s-offshore-wind)。计划在美国将海上风电安装总22千瓦到2030年和86年的2050兆瓦,大部分东海岸(2]。本研究分析风数据可以从楠塔基特地区,位于马萨诸塞州的美国东北海岸的近海。
由于风力发电机的电力生产相关枢纽高度风速的多维数据集(4),精确测量中心附近风力速度或高将导致能源生产的精确预测。空气动力学表面粗糙度长度是一个关键参数推断观测风速从一个固定的高度,通常在地表附近,到另一个指定的高度,例如在中心高度,因此估计垂直风的概要文件(5]。本研究的主要目的是探索表面粗糙度长度的最佳估计美国东北海岸的基于数据和调查的最佳拟合资料中心附近的海上风力速度为海上风电发展高度。
表面粗糙度长度在近海海洋环境通常是低于内陆,主要取决于波场属性:波越高,越高海面粗糙度长度(6]。不过,也有例外。弗兰克et al。7)报告,在低风速、海洋表面粗糙度增加而不是减少。他们还表明,在接近中度和稳定的大气条件下,上面的风切变在更高海拔水被低估了。同样,阿切尔et al。8)发现,大气稳定风电场设计的一个关键因素是由于它对大气边界层的风切变的影响(ABL),这对枢纽高度风速有影响,因此在电力生产。金等。9)得出一个不准确的影响表面粗糙度长度不重要的风速预测;相比之下,在更高的级别上使用的风速测量结果在减少预测错误。
一些研究人员相信一个常量值表面粗糙度长度是足够的,因为它导致偏差的风速剖面观察在高海拔地区,那里的概要文件是相对平坦的10]。例如,风速估计程序(黄蜂)假设值= 0.0002 m /海洋(11],Garratt [12]提到,表面粗糙度长度是一小部分在海洋表面凸起的高度,大约十分之一。一项由兰格et al。10)表明,各种方法获得表面粗糙度长度不等于一个显著差异在其价值。
另一方面,表面粗糙度长度被认为是一个重要的价值由其他研究人员在风速计算。例如,上野和Deushi [13]的方法,考虑了波浪特征来计算粗糙长度。同样,吴(14)认为,在一些风力达不到开发要求的表面粗糙度长度范围随风速增大而减小,在强风范围随着风速的增加。威夫(15)与概念ABL模型进行模拟,发现70%的风速变化趋势可以导致空气动力学表面粗糙度长度。吉梅内斯和Dudhia16]讨论的重要性,水深在表面粗糙度的计算,认为是一个主要的风速偏差时相同的模型结果比较开放的海洋和浅水网站,由于表面拖过浅水高于公海。一项由Donelan [17)调查的影响表面粗糙度长度和风速在海洋环境和海洋表面显示,没有得到任何粗糙当水的风速超过33米/秒。
在计算 ,一个会出现所谓的位移高度不确定性18),这是一个高度地校正包括树冠的效果和其他障碍,位于逆风的网站,这将“提高”的点外推风速剖面会为零,即使表面粗糙度长度仍不受影响。金等。9]发现错误减少当考虑位移高度和认为,地区海平面水平平均海平面变化显著,计算应通过考虑这些变化。汗等。19观察一个轻微的依赖比从两个不同高度的风速( )在潮汐变化。然而,Elkintone et al。20.]提到潮汐变化并不对风速资料发现有重大影响。他们也试图估计表面粗糙度长度使用数据从两个山庄在楠塔基特地区和推荐0.1的价值。这个值似乎高于预计离岸地区表面粗糙度长度。目前的研究将阐明这种高价值的原因,提供可选择的建议。
literature-analytical中存在的三种方法、统计和Charnock-are这里使用计算表面粗糙度长度在楠塔基特地区近海的美国东海岸(图1)。第一个方法是一种分析解决的问题关注稳定的信息。第二种方法使用Charnock关系。第三个是统计方法重点是错误最小化和最适合的垂直风速剖面。在这项研究中使用的三个数据集是在下一节中描述2,三种方法的细节部分3,结果在部分4。
2。数据
三个长期观测数据集用于这项研究。第一个数据集来自2003 - 2009年的海角风能(CW)活动在楠塔基特(图1),它举办了一个气象塔与三个级别的测量(,41岁的20和60 m AMSL)与三维声波和杯/叶片风速计。然而,由于故障的仪器在2007年之后,只有2003 - 2007年的数据被用于这项研究。海角风能数据集,以下简称“CW历史”,由10分钟观测风速和风向等气象变量的三个层次,热量和动量通量、温度,等。原始数据集包括227353数据点。然而,许多数据点失踪或被清理删除不合理的值,如[21]。因此,214458个有效数据点被保留在这项研究中(表1)。
改善的数据映射和海上风力资源的预测(IMPOWR)活动收集从两个声波风速计位于CW AMSL平台在12米,如[4]。对面的两个风速计被对方从相反的方向来收集数据。IMPOWR数据点的数量是105112,但是只有19633后被保留数据清洗和包含足够的信息来计算值(表1)。
从国家获得了第三个数据集数据浮标中心(22]。从44020浮标数据集包括观察位于中间的楠塔基特(图1),在5米AMSL桅杆。它由10分钟的风速数据为2003年至2007年,符合连续波历史数据集。NDBC数据集的数据点的数量约为350000。然而,只有202830人被保留在数据清洗过程(表1)。
3所示。方法
大气稳定是指大气的倾向增强或抑制垂直运动,在这种情况下一个大气层被称为不稳定或稳定,分别。垂直运动抑制和增强时,被称为中性层(23]。热通量在不稳定向上,向下的稳定,在中性条件下和零和一般动荡越来越高从稳定到不稳定的条件8]。大气稳定也影响平均风速剖面的形状,风向和风力涡轮机周围气流(24]。因此,它会影响表面粗糙度长度。
常见的参数估计大气稳定Obukhov长度l代表的地面以上最低高度湍流生产了浮力占主导地位,通过力学效应,如剪切和摩擦25]。实际的计算l然而,取决于类型的测量。鉴于三维声波风速计可用IMPOWR和连续波历史,下列方程l使用(8]: 在哪里是声波热通量(积极向上和消极的下行流量),κ是冯Kaŕmań常数(κ= 0.41),是重力,近地表的温度。的价值l是无限的中性大气中由于热交流缺席的定义。相反,在稳定和不稳定的条件下,浮力的驱动力,因此,的大小l很小,表明剪切和摩擦是重要的只有接近表面,分别标志是积极的和消极的。
将测量高度的影响,稳定性参数ζ的一个函数l这里使用: 在哪里是声波的高度风速计(12 m和20 m IMPOWR和连续波历史,分别)。基于稳定性参数,大气稳定评估如下:(我)稳定: (2)不稳定: (3)中性的:
在中性大气边界层风速剖面将对数。在这种情况下两个属性相关:摩擦速度和 。摩擦速度与剪切应力在表面26),可以计算的 在哪里和是表面的动量通量的协方差。
对数风速剖面,也称为“log-law”,采用以下形式: 在哪里风速在高度吗zAMSL,d是位移高度,ψ是稳定的修正。因为我们的案例研究是海洋环境,没有树冠或高障碍,位移高度不适用和设置为0 (d= 0)。稳定校正ψ取决于ζ是不同的中性、稳定和不稳定的大气状况如下: 在哪里 。
在方程(log-law4)需要稳定计算的信息ψ,以及 。三维(3 d)声波风速计可以提供;然而,他们是复杂的和昂贵的仪器,因此相对少见。如果3 d声波风速计不可用,那么一个常见的方法是稳定参数设置为零,因此假设大气是中性的,这被认为是一个有效的假设在海洋边界层。消除依赖 ,风速测量杯或二维声波在参考高度风速计(即。,the height at which the cup or 2D sonic anemometer is mounted) can be used in this alternative form of the log-law: 这是通过实施方程(4)通过风速等于并通过一个通用的水平z风速等于 ,然后两个有效消除的比率 。我们将参考这个第二种形式的log-law方程(6)“简化log-law”,因为它不需要任何通量测量或稳定性信息。评估 ,提出了三种方法下,基于数据可以从两场活动。
如前所述在阿切尔et al。8从IMPOWR),数据包括一个不成比例的大量的测量在4月(超过30%),平均风速时高20米(∼8 m / s)。另一方面,没有数据可供七月和可用的观测数量的夏天,当平均风速最低(6.5∼20 m m / s),少得多(表相比其他季节2)。结果,简单意味着风速IMPOWR会偏向高,因为强风速度将明显超载的,4月夏天一些风力达不到开发要求的速度减持。为了解决这个问题,这两个活动的平均风速值计算给所有月同等重量。每月平均首先计算每个月n然后几个月都是加权平均计算的总平均值如下:
IMPOWR,失踪的7月的月平均风速估计6月和8月的平均方法,基于图2(一个)在[8]。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.1。分析方法
分析方法,方程(4)可以重写和解决如下:
分析方法是一种物理方法,是基于物理性质测量在一个给定的位置,也就是说,风速在参考高度,摩擦速度,和大气稳定(表3)。相比之下,其他两个方法,本节将讨论不依赖于尽可能多的物理变量的分析方法。
100394 20米的测量分析方法应用于19633年的连续波历史数据集和12米测量在20米IMPOWR数据集。参考高度从连续波历史数据集被选中,因为它是最接近海面高度的水平。下面的事实分析方法是一个基于物理的方法,生成的值也应该有一个物理意义,因此非物质,不切实际的值不应该保留。的值大于1 m,为城市和大城市的平均价值,被删除。因此,18764年和99309年有效值IMPOWR和连续波,分别留存。
3.2。Charnock
一个常见的方法在文献中参数化在海洋环境是Charnock关系(27]: 在哪里α是Charnock参数,它主要取决于波时代(10,13]。许多实验研究存在计算α,包括合适的字段数据(28]。例如,弗兰克et al。7)建议值为0.018时为公海沿海地区和0.011。兰格et al。10)用于他们的计算值为0.0185。在所有使用的值α然而,审查Garratt [29日]表明,文学的平均值是0.0144,因此,这将是选择价值α在这项研究中,所做的也范Wijk et al。30.]。
通过Charnock方程来计算表面粗糙度长度,只需要摩擦速度,没有稳定的信息是直接使用(方程(9))。然而,由于三维声波风速仪可以提供和稳定信息,方程(4)或(6可以用来计算)一旦估计从Charnock(表获得3)。
有效的数量值从Charnock方程获得18819年和100393年IMPOWR CW历史,分别。的Charnock值计算的方法都在10的范围−6-10年−2m;因此,没有实施阈值。
3.3。统计方法
统计方法推断风速在给定的高度是由阿切尔和雅各布森(提供31日,32),基于least-square-error的方法。的方程这就给最低(平方)错误 在哪里我是垂直的指数水平(在连续波我= 1、2或3),风速在高度吗 。
如前所述,这个方法是纯粹数学和不需要稳定(表的信息3)。方程(10)只需要观察到的风速在不同高度。因此,估计不将身体或现实的统计方法时使用,因为他们将弥补缺乏稳定的信息可能不切实际的值呢然而给精确预测风速。没有因此应用于估计的阈值从统计方法。有效的数量统计方法中获取的值是207676,这是明显高于前面所讨论的其他两种方法相比,由于不稳定的信息是必需的。被拒绝的唯一值的统计方法导致分母为零的奇点分方程(10),约7000。
4所示。结果
4.1。观察到的表面粗糙度和统计属性
的频率分布从图中提供的三种方法是获得2活动,和主要的统计数据显示在表中4。一般来说,Charnock分析和方法给出的结果是一致的对海洋环境的期望,而统计方法给出了不现实的值,因此,它将在部分分别讨论4所示。2。
中位数值通常比均值一致。例如,的意思值分析和Charnock方法和连续波历史和分别为IMPOWR(表4)。中位数值分析和Charnock方法和连续波历史和分别为IMPOWR。因此,Charnock分析和方法给两个活动之间的一致的结果,虽然意思从分析方法在连续波从IMPOWR历史比。的Charnock分布的方法是均值和中值(即窄。,降低相对标准偏差),从(图的分析方法2),而中位数都一致的方法和活动(表4)。
接下来,我们探索物理现象的影响,如大气稳定和季节性海洋表面粗糙度值的长度。图3显示的频率分布中性的,对运动分析方法的稳定,不稳定的情况下分开。形状和中值的分布是相似的价值观,虽然更高频率的低价值发现中性条件连续波历史竞选期间(第一本图3 (d))。再一次,两个活动之间的中位数更一致的手段。总的来说,值在近海区域不发生显著的变化由于大气稳定。因此,可以得出结论是大气稳定相对不敏感。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
请注意,预计将稳定独立的内陆地区。从方程(4),大气稳定影响垂直风速剖面通过稳定修正ψ,而不是通过 。相比之下,在离岸地点受到海浪的影响,表面附近的风有关,进而影响稳定;因此,原则上,一个弱依赖稳定预期。
最后,我们比较的频率分布计算与分析方法在每个季节(图4从IMPOWR运动)。像大气稳定,我们发现表面粗糙度长度是季节性变化相对不太敏感,之间的均值和中位数的值不同和和之间的和 ,分别(表4)。平均值高于中位数的值由一个数量级或更多。意味着从Charnock方法倾向于至少一个数量级低于其他两种方法。最后,意味着从连续波历史往往比那些来自IMPOWR,特别是分析方法(至少一个数量级),可能由于参考高度越高(20和12米)。
(一)
(b)
(c)
(d)
总之,中间似乎比意味着更可靠和健壮的统计数据 。在这一节中讨论的两种方法(即。,analytical versus Charnock), we cannot yet recommend one over the other. We will address this issue in section4所示。3通过比较各种方法的风速资料获得推荐使用 。但首先,我们目前获得的结果与统计方法在下一节中,因为尽管不切实际的值有时,统计方法提供了许多优点,将评估部分4所示。3。
4.2。仔细看看统计方法
回顾的频率分布两个活动从统计方法获得(图2 (e)),的形状明显不同于分析和Charnock方法,两座山峰在最高和最低垃圾箱。注意,第一个和最后一个箱子包含所有值低于10−8分别大于1 m。的意思是值非常大(表4),在所有季节和稳定性大于1米,这是一个价值通常与高multifloor建筑与城市有关。高值的意思 ,约0.1米,也获得了20.),用连续波的风速历史运动在两个山庄(20和60米)来计算表面粗糙度直接使用方程(6),= 20米。中值更合理、更接近的其他两个方法,虽然一般高(表4)之间的不同在DJF在环流。过高的平均值和非传统的频率分布的形状确认的统计方法是不提供现实的价值 ,而是值,最适合风速的垂直配置文件。然而,在这里,我们调查为何如此不切实际的值生成的统计方法和是否仍应被用于海上风力估计。
的频率分布统计方法的原因是如此不同于其他两个方法是统计方法预测很高或很低的值当风速的垂直剖面非单调。而典型的风速剖面是对数和单调,海角风能的特点是频繁的非配置文件(21),风速不遵循log-law或不随高度增加。所显示(21),非风速的概要文件是那些不符合单调条件:
我们应用单调条件下连续波历史数据集和发现,大约41%的病例不符合这个条件,因此列为非概要文件。当我们将统计方法应用于单调的情况下(大约59%),结果均值和中位数值更接近同Charnock分析和方法。
因为非概要文件发生过于频繁地在海角风能被忽略,我们想保持这样的情况下,试着去理解他们为什么产生不切实际的估计 。更重要的是,我们不知道这种不切实际的估计可以是有价值的。我们确定了三种类型的非配置文件。第一类(例1),在图所示的一个例子5(一个),有曲折的风速剖面但足够的剪切,概要文件合成测井曲线可以通过三分。案例1中的统计方法表现良好并提供log-profile现实值;案例1发生大约8%的时间。第二种类型(例2,图5 (b)),基本上是shearless,即。,the wind speed is very similar at all three levels. The only way to fit a log-like curve through a shearless profile is via a very low value of 。Shearless概要文件出现的时间在CW的均值和中位数是和 ,分别,这可以被认为是不切实际地低,然而给观测资料符合很好,几乎统一的风速。第三类(例3,图5 (c))的特点是降低风速随高度(即。,negative shear), as would occur during a sea-breeze event, and it is found on的时间。再次,为了适应曲线合成测井曲线通过减少配置文件,一个非常高的价值是必需的。的值的100甚至更多,这将被认为是不现实的,实际上是一个数学的必要性来生成一个配置文件与风速随高度递减。
(一)
(b)
(c)
总之,统计方法并不总是产生现实的估计 ,但它总是生成一个配置文件,三个数据点中的完美契合,即使在情况下表现为非概要文件,这是很普遍的在海角风能。因此,所有的生成的统计方法估计应该保留,没有最小或最大的阈值值应该罚款。在下一节中,我们会看到统计方法,尽管它不切实际的高和低的值有时,产生最精确的估计中心附近的风速高度。
4.3。附近的风速预测中心高度
附近的风速预测中心高度准确的表面粗糙度是最终的应用程序和理由发展像log-law拟合曲线。在这里,我们使用的值通过三种方法得到的风速参考高度,观察到20米IMPOWR CW历史和12米,估计风速在60米,连续波塔的最高水平。然而,由于这两个活动不同步(CW历史在2003 - 2007和2013 - 2014年IMPOWR),直接value-by-value比较是不可能的,因此只有平均资料会比较。而Charnock和分析方法既适用于活动,统计方法只适用于CW历史因为IMPOWR没有多级测量;因此,总共五个曲线比较图6。平均风速观测到的可用的四个层次(12、20、41和60米)显示为圆圈和线条的配件资料,固体为IMPOWR CW历史和破灭。
使用60 m水平作为目标,接下来我们比较三种方法的性能。方程(4)每次应用参考高度可用的观测产生的估计 ,使用的价值已经估计,同时通过Charnock或分析方法。同样,方程(6)是应用到连续波历史数据,使用的价值,同时通过统计方法估计。最后,图中所示的配置文件6得到平均所有的风速估计整个段每一层吗z从方程(应用月修正后,7)。
第一个发现是,所有方法在海角风能给满意的风速资料,平均偏差低于1 m / s 60米。
在三种方法中,我们首先比较分析和Charnock因为只使用一级测量方法。在连续波历史,他们都表现很好,他们产生的垂直概要文件是准确的,基本上区别开来。IMPOWR,然而,分析方法优于Charnock的,由此产生的平均配置文件时更接近观测估计的分析方法(红色虚线图吗6)。基于物理属性的分析方法及其稍微更好的性能在Charnock的季节性的讨论的原因在前一节中(图4)重点分析方法。项目的分析方法因此推荐先进的声波风速测定在只有一个水平。
风资料预测使用Charnock方法的最高的负面偏见IMPOWR运动,特别是在60米级别。因此,Charnock不是推荐的估算方法在近海环境的目的是估计枢纽高度风速。
统计方法,三种方法中,最准确的估计的60 m风速(图6)。然而,由于这里的统计方法应用实际上利用观测风速60 m估计 ,毫不奇怪,它执行所以在60米。之前建议使用海上风力能源统计方法的应用,我们需要执行额外的验证步骤。因此,浮标44020,位于东北约5公里的海角风能的平台,用于提供同时风速观察5 m AMSL同期2003 - 2007连续波历史。使用浮标数据,应用统计方法一次连续波历史数据估计不使用60米风速,但使用这些5点20,在方程(41米10)。接下来,新值是用于方程(6)来估计和风速资料计算在整个周期和平均使用方程(7)。原则上,每个三个层次可以用作参考。图7显示所有三个给一个准确的估计60米的风速,但这20米高度提供了最佳性能的微不足道的正偏压0.03 m / s。
因此,我们得出结论,统计方法,尽管物质的估计有时,给准确的预测中心高度附近,建议当多个级别的测量风速与不稳定的信息,在连续波历史一样运动与参考20米高度或垂直指向浮动激光雷达。
4.4。我们可以使用一个常数表面粗糙度值?
这两个建议方法计算 ,即。,analytical and statistical, give excellent estimates of wind speed near hub height in the offshore environment at Cape Wind (Figure6)。然而,一个复杂的三维声波风速计或多级塔配备杯风速计需要计算(表3)。在这里,我们评估使用单一的有效性,不断的价值估计不久的枢纽高度风资源有限的数据可用性,即,风速在某种程度上接近水面。是这种情况只有浮标数据是可用的或当使用数值天气预报模型,但粗糙的垂直分辨率。
下一个问题是价值选择。鉴于此,在部分4所示。1,我们得出的平均价值是更一致和可靠的统计特征粗糙度比的意思是,使用一个值是有意义的。我们测试的第一个值 ,这是中位数从IMPOWR运动的分析方法(表吗4)。统计方法导致值值较高;因此,我们测试的第二个值从连续波(表历史运动4)。因为中位数Charnock方法在两个活动中获取的值(和 )非常接近中值在本节中使用的分析方法( ),为简单起见,他们不习惯在图6。
用来计算方程的风速资料2中间值简化log-law(方程(6)),因为它不需要稳定的信息,而不是使用的统计方法,因为我们想用这两种方法都使用相同的方程。简化log-law方程只需要一个参考高度,如果一个常数值,观察平均风速高度的参考。鉴于此,我们可以使用5、12日或20 m作为参考高度(浮标、IMPOWR和连续波的历史高度,分别),我们有两个值测试;总共有6个风概要图8。我们是否看60 m水平作为目标或我们考虑合适的配置文件的整体形状和距离他们的观察,获得的三条曲线(用统计的方法获得的价值从连续波历史)给最好的结果无论参考高度(实线)。与获得的曲线(获得的价值分析方法从IMPOWR)给合理的结果,除非使用5米高(红色虚线图的引用8)。较低的性能值 ,结合这一事实的价值的订单传统上代表一个非常光滑的表面,冰,或风平浪静33- - - - - -35),导致我们推荐作为这个近海地区的代表。
5。结论
本研究的主要目的是提供准确的估计和气候特性表面粗糙度长度楠塔基特地区,以及更一般的推荐的三种方法(Charnock和分析,这是物理,统计,数学),应该用于预测并最终附近风速为未来的海上风电场开发中心高度。进行了两场活动,在海角风能(CW)平台,连续波历史在2003 - 2007和2013 - 2014年IMPOWR,提供了观测数据集的分析。
楠塔基特地区可能是一种特殊的位置由于高频非风速资料,如shearless风概要文件(12%的病例)和概要文件负剪切(27%)。这些情况不佳所代表的分析或Charnock方法,即使稳定修正,因为基本符合总是对数,因此单调递增。相比之下,统计方法代表了他们好,虽然它产生不切实际的值(非常小的和非常大,分别为shearless和negative-shear配置文件)。
表面粗糙度长度被发现,而对季节性变化和大气稳定,均值和中位数值范围不同和 ,分别。均值和中位数、中值之间更一致的价值在三种不同的方法和两个活动。在三种方法分析了在这项研究中,分析和统计方法导致最好的中心附近的风速估计(即高度。在60米)。然而,中位数值两种方法受到两个数量级的不同:从分析方法在IMPOWR代表非常光滑的表面,如冰,平静的海面,和基于连续波历史数据的统计方法,更典型的风大浪急的海面。应该选择哪一种方法呢?符合(36),得出的结论是,没有特定的方法可以被推荐为标准计算方法 ,我们也发现最好的方法取决于观测,将收集的类型。另外,只考虑值物理或符合传统理解教科书可能是一个限制。
如果风速数据将被收集在多个水平出水面,与气象塔在海上平台或垂直指向浮动激光雷达,建议估计的统计方法 ,尽管它可能提供不切实际的或非物质的价值观有时,因为它总是会生成一个配置文件在数据范围内和账户为非风速资料正确。在某种意义上,的值从统计方法并不总是匹配表面粗糙度的传统意义,因为它们包括间接的影响稳定和非单调风速资料。
如果将使用先进的3 d风速测定水平,然后和稳定信息将是可用的,因此这些信息可以有效地用于分析方法,它将提供的估计传统的理解范围内的表面粗糙度。Charnock方法也可以用在这种情况下,因为提供的3 d声波风速计,但在这里我们发现它给的枢纽高度附近的风速估计负偏压约1米/秒。因此,Charnock不推荐估计方法海上风能的应用程序。
如果风速测量在某种程度上,与浮标或模型输出在粗糙的垂直分辨率,我们建议一个恒定值 ,这是中位数从统计方法在连续波的历史价值,风大浪急的海面的代表。
数据可用性
IMPOWR运动数据可从美国能源部门户https://a2e.energy.gov/projects/impowr。连续波历史数据集可以限制要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢莫莉放到她的帮助在初始阶段的研究。资金来源包括海洋科学学院和政策项目奖学金特拉华州和特拉华大学的自然资源和环境控制(DNREC,奖不。18 a00378)。