激光雷达观测揭示高空风能数据新格局

发布时间：2025-12-15 打印

　　随着风力涡轮机轮毂高度突破150米、叶尖高度逼近300米，以及空中风能（AWE）系统在200-600米空域的兴起，传统测风塔已无法满足对百米级高空风资源精确评估的迫切需求。本研究旨在解决的核心问题是：如何利用先进的激光雷达观测技术，验证当前主流风能数据集（ERA5、NORA3、NEWA）在100-500米这一关键高度范围内的预测精度。这些数据的可靠性直接关系到下一代大型风电项目与AWE系统的选址、设计及最终经济效益。

　　研究团队在挪威及北海精心选取了五个代表性站点，部署了多普勒激光雷达系统，采集了100-500米高空范围内的连续风速实测数据。研究采用四种误差指标（偏差Bias、相关系数R²、均方根误差RMSE、Earth mover's距离EMD）对ERA5（全球31公里分辨率）、NORA3（挪威区域3公里分辨率）和NEWA（欧洲3公里分辨率）的预测性能进行了系统性量化对比。研究的创新之处在于，首次将数据集的预测误差与大型风机（5-18MW）和AWE系统（100kW-3MW）的容量因子（CF）评估直接关联，从而量化了数据偏差对实际能源产出的具体影响。

　　研究表明，不同数据集的表现存在显著的地域和高度依赖性。研究为高空风能应用提供了关键的数据选型指南：全球范围内的海上项目可首选ERA5，而北欧区域项目，尤其是地形复杂的陆上项目，则应优先选择NORA3。高精度的风资源数据是降低风电平准化度电成本（LCOE）、推动下一代风能技术商业化的基石。未来的研究重点应聚焦于三大方向：一是技术升级，开发探测高度超过500米的新型激光雷达，以满足300米叶尖风机和600米空域AWE系统的验证需求；二是模型融合，将中尺度模型（如ERA5/NORA3）与微尺度CFD模拟相结合，以更精准地捕捉复杂地形和风电场尾流效应；三是系统优化，通过降低大型AWE系统的切入和额定风速，提升其在实际风场中的经济性和竞争力。

　　相关研究以Tall wind profile validation of ERA5, NORA3, and NEWA datasets using lidar observations为题发表在WIND ENERGY SCIENCE期刊上。

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