雷达测风仪调研报告

编号：雷达测风系统调研报告编制：XXX审核：XXX批准：XXX日期：XXX一、前言雷达测风仪作为一种新的风电场测风设备，主要分为用于偏航纠偏校正的水平式测风雷达（机舱雷达）和地面垂直式测风雷达，后者广泛应用与风电场资源测量、评估、微观选址设计的各个方面。而垂直式测风雷达又可分为激光式测风雷达和声波式测风雷达两种，我事业部通过邀请国内主流厂商（代理商）进行咨询、技术交流等方式，完成了此次调研，针对不同雷达测风仪的性能优缺点、价格等进行了总结分析，形成调研报告。二、测风雷达相对于传统测风塔的性能对比测测量方式参数测风塔测风雷达测量范围0-60m/s0-80m/s或0-30m/s测量高度10-150m30-200m（可自定义12-15个测量高度同步测量）测量精度(风速)0.1m/s0.1-0.2m/s测量精度(风向)1°1°数据采样频率1-2s1s数据采集风速、风向及温度、湿度、气压的平均值、标准差、最大值、最小值、总值等1s/2min/5min/10min平均水平风速、垂直风速、最大最小值、风向、标准偏差、信噪比（SNR）、风切变、紊流强度、GPS坐标、温度、湿度、大气压力成本较低（相对雷达测风）较高（相对测风塔）其他抗严寒能力较差，存在倒塔风险防冰冻、防盗、可机动测量相比于传统测风设备，测风雷达的最大优点在于体积较小便于移动、测量范围更宽、精度更高以及良好的防冰冻能力，能够广泛应用于风电场资源评估的各个方面，虽然测风雷达相比于单塔来说成本较高，但是测风雷达胜在可以重复使用，尤其对于测风塔缺测数据补测、测风塔代表性不足区域风况复核、问题机位复核等风电场评估建设中的“疑难杂症”的处理有着传统测风塔无法替代的作用。三、激光测风雷达定义及测风原理激光测风雷达Lidar（LightDetectionandRanging)是以激光器为光源向大气发射激光，接收大气的后向散射信号，通过分析发射激光的径向多普勒频移反演出风速的测风系统。图1某型号激光测风雷达外形图低空激光测风雷达采用相干探测原理，利用稳频激光作为照射光束，通过接收激光束对大气中随风飘移气溶胶的散射回波信号并与雷达本振光进行相干混频，并通过中频信号的数字鉴频技术来获得汽溶胶相对激光束的多普勒频移，结合大气风场的多波束测量，最终实现对大气风场信息的测量。图2激光雷达工作原理因为一般的自然界微粒(如空气的气溶胶)对流动都具有较好的跟随性。所以对于风速的测量，实际上是对大气中气溶胶运动速度的测量。一台激光测风雷达通常由激光器、入射光学单元、接受或者收集光学单元、多普勒信号处理器(探测器)、数据处理系统等组成。其测速模式主要有三种：参考光模式、直接探测模式和双光束模式。测量高度范围一般为10～200m，水平风速测量范围0～70m/s，测量精度<0.1m/s。三、声波测风雷达定义及测风原理与激光雷达原理类似，声波测风雷达通过高频扬声器及抛物面反射镜将高聚倍的声波脉冲发射到大气中，通过分析反射波的多普勒频移来实现风速风向等的测量工作。图3某型声波测风雷达外形及内部构造图声波测风雷达的垂直测量范围可达40~200m，高度分辨率可达5m，平均风速观测区间可达0~30m/s。与激光雷达相比，声波雷达的一个优势是可以实现高寒高冰冻地区的稳定测量工作，由于高频扬声器、反射镜及接受装置受声波影响处于不断振动当中，因此同仅靠小雨刷保护的激光探头（可以想象一下冬季汽车前挡风玻璃）相比更难形成积水、结霜、结冰等情况，针对高湿、高寒地区的测量精度要高于激光雷达系统。图4某型声波测风雷达在高寒地区的应用案例四、两种测风雷达的优劣性对比性能指标激光雷达声波雷达备注风速观测区间0~70m/s或80m/s不等0~30m/s激光雷达范围更广垂直测量范围10~200m40~200m激光雷达范围更广体积重量较小较大声波雷达体积较大（约一人高）测量精度风速不大于0.1m/s，风向不大于1°风速不大于0.1m/s，风向不大于1°两者近似，激光雷达略高抗冰冻雨雪能力对于强冰冻、雨雪、结霜、雾霾等天气受激光镜头及激光穿透力影响，激光雷达不如声雷达抗植被遮挡能力声雷达受周边植被影响较大，布置区域周边最好无高大树木遮挡功率100W左右15W左右声雷达功率更低，野外供电保障性更好生产厂家国产/进口进口通过以上对比可以看出，两种雷达的基础测量能力基本无异，虽然激光雷达的风速测量区间更大，但是目前国内外主流风机的最大切出风速不超过27m/s，而南方很多低风速区域风速很少有能够超过20m/s的时候，声雷达的风速测量区间也能够满足要求。就此次调研结果来看，两者主要的区别在于适用性的不同，对于山势陡峭植被茂密的风电场，激光雷达更加便于携带且受植被影响较少，更能够胜任测量任务，而对于一些高寒或者冰冻灾害严重，大雾、风沙频发的区域，声波雷达则表现出更好的适应性。目前声雷达相比激光雷达的主要劣势是市场应用案例较少，对于测量结果可靠性的验证不足，使得市场目前普遍对于声雷达采取了敬而远之的态度。五、测风雷达的主要应用领域测风雷达在风电领域主要用于以下几个方面：1.陆上风电场项目应用（1）微观选址及其验证；（2）风电场预评估；（3）功率曲线验证；（4）地址适合性评估；（5）复杂地形的评价分析；（6）垂直方向轮廓推断的验证，对风机震动的分析有直接作用；（7）风力数据和向量的风图谱。2.海上项目应用（1）海上风场前期评估阶段的测风工作，在国外通常是和测风塔配合使用，提高测量的准确性和真实性；（2）替代海上测风塔而进行风电场预评估；（3）海上风机的发电量验证；（4）台风对海上风机影响的研究。3.风机制造商及风电场运维业主应用（1）风机功率曲线测量；（2）对样机的功率曲线的确定；（3）对已建成风场中风机的功率曲线进行验证，计算风电场发电量。（4）风机偏航传感器（机舱风速计）准确性校准，可以找出测量风速和真实风速之间的关系，改进控制算法。（5）测量风力的垂直资料和紊流用于风机的震动分析，提高风机效率和安全性，地址适合性评估。六、参与调研的厂家及设备参数对比参与此次调研的设备供应厂家及设备型号有：北京东荣盛世科技有限公司的“WDR激光雷达”，北京莱维塞尔科技有限公司的“WindcubeV2激光雷达测风仪”，北京瑞科同创能源科技有限公司的“B300激光雷达”、“AQ510声雷达”，深圳市力和机电设备有限公司的“短距Galion雷达”。北京东荣盛世科技有限公司，2006年03月成立，注册资本1000万元。主要从事新能源领域风能、太阳能等前期测量工作，拥有风能测量系统、风资源前期评估系统、太阳能辐射测量系统。其公司先后为“金风科技、河北建投新能源、中水顾问集团、国华能源、大唐能源、中国华电、国电集团、湘电新能源、中水建设集团、等企业提供系统测量方案。北京莱维塞尔科技有限公司，2003年02月成立，注册资本1100万元。业务范围涉及风电场前期陆上测风、海上测风、Windcube激光雷达测风系统、太阳能光伏测量、风电场风资源实时传输系统、陆上、海上风电功率预测、等。其与新疆金风科技有限公司、中国电力科学研究院、华锐风电科技（集团）股份有限公司、兰州兰电电机有限公司、国电山东电力有限公司、三一电气股份有限公司、中国气象局、远景能源、中广核华南分公司、远景能源等国内外企业均有合作和业务关系。北京瑞科同创能源科技有限公司，2011年11月成立，注册资本1500万元。是一家为新能源（风力发电和太阳能发电）、气象科研领域提供产品和技术服务的技术公司。瑞科科技主要为新能源投资商提供风能资源观测与评估、太阳能资源观测与评估、风电项目咨询、太阳能项目咨询等服务。其与三峡、华能、大唐、华电、中电投、中广核、中核、华润、英利、中国气象局以及各大电力设计院等单位有业务和合作关系。深圳市力和机电设备有限公司，2002年11月成立，注册资本1000万元。主营美国NRG测风设备、英国Sgurr公司Galion激光雷达设备、挪威AADI海洋测量专业设备、荷兰iBOX风场实时监控系统（可按需定制）、英国GILL超声波传感器设备及系统配套、美国NK手持气象仪等专业风电及气象设备。主要设备参数如下：型型号参数WDR激光雷达WindcubeV2激光雷达测风仪B300（牧镭）激光雷达短距Galion雷达AQ510声雷达设备来源国产(东荣盛世研发)法国进口(莱维赛尔代理)国产(瑞科及中科院合作研发)英国进口（深圳力和代理）瑞典进口（瑞科代理）测量高度范围30m-300m40m-290m40m-300m（可拓展至1km）0m-250m40m-200m数据采样频率3s-10min可设置1s1s//自定义高度层数12（可设置）12121533探测间距20m/30m/可设置//24m/风速分辨率0.2m/s0.1m/s0.1m/s/±2%风速量范围0-50m/s0-80m/s0-75m/s0m/sto>70m/s0-30m/s风向分辨率1°1°1°//风向范围0°-360°0°-360°0°-360°0°-360°/功率消耗50W（额定）100W（峰值）45W/130W15W温度范围-30°C-+55°C-45°C-+50°C-40℃-+50℃‐15°C-+35°C-40-60℃湿度范围0%-100%RH0%-100%RH0-100%RH0%to100%0-100%RH防护等级IP65IP67///激光辐射1MIEC/EN60825-1(人眼安全)////机器大小600x520x550mm685x745x685mm500x370x600mm820x530x670mm/机器重量50kg66kg50kg85kg/数据刷新率3s～10min可设置////电源24VDC18-32DC/100-230VAC50-60Hz/24VDC/数据传输方式GSM/LAN/TCP-IPLAN/USB/3G/以太网/卫星/以太网和GSM/GPRS/Edge或通过USB端口或以太网端口GPRS，卫星验证及检验报告形式白城兵器实验中心气象测试计量站报告丹麦RISO实验室评估报告、德国Windguard评估机构认证、DEWI实验室LIDARcomparison认证、GarradHassan/DanJaynes电力公司认证、AWSTruewind公司认证国际WINDGUARD认证、中国气象局认证、武器装备质量管理体系认证证书/DNV-GL测试报告、德国ECOFYS测试报告、德国BBB测试报告七、销售报价（单位：万元）型型号费用类型WDR激光雷达WindcubeV2激光雷达测风仪B300（牧镭）激光雷达AQ510声雷达短距Galion雷达激光雷达设备费8013410873.5只提供租赁服务，租凭费用是110000元/每月，租3个月以上是100000元/每月，不包含运费（按具体项目地点），供电费用（可接市电），看护费。供电系统4.53.52.2(风光互补)/7（燃料电池）2.2(风光互补)/7（燃料电池）运输费及搬运费1///安装调试费0.8///基础施工费0.3///围栏防护装置0.3/0.80.8PWLSPTU（温湿压传感器模块）/1.6//SDELWLSSETUP02（首次安装调试及培训）/0.8//数据管理技术服务//1.21.2合计86.9139.9119.284.7优惠后价格86.9138119.284.7八、结论1.通过此次调研及同金风等风机厂家私下的沟通来看，目前激光测风雷达在市场上占有主导地位，声波测风雷达作为近年来新出现的技术，虽然在整体性能上能够到达与激光雷达相媲美的程度，但是过低的业绩与缺乏验证使得声波雷达本身的市场认可率较低，但是声波雷达本身的采购价格也更低。2.调研的多款产品中除东荣盛世的WDR雷达认证较少、深圳力和未提供认证报告外，莱维赛尔及瑞科的代理产品均提