采用渝东南地区某山地风电场内5个测风塔连续2年的测风数据进行分析. 根据《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)标准，对5个测风塔数据的一致性、合理性进行判别，并且对重大天气过程，如强冷空气、热带气旋等天气条件下风速的合理性进行判断，选用符合实际情况的有效数据，进而回归原始数据. 根据测风塔的相关关系以及可供参考的传感器同期记录数据，分析、处理、整理出测风塔的实测风速及风向数据，使其有效数据完整率达到100%.

根据《全国风能资源评价技术规定》中关于风电场风能资源的评估方法《风力发电场设计规范》(GB51096-2015)、《风电场气象观测及资料审核、订正技术规范》(QX/T74-2007)、《风电场工程风能资源测量与评估技术规范》(NB/T31147-2018)^[6-8]，按照测定的平均风速、有效小时数计算风功能密度等指标参数，用以评估风能资源^[9-12].

在风能资源评估中，平均风速为：

式(1)中：n为平均风速在设定时段内的记录数；v_z为风速观测序列z的风速. 根据实测风速数据，结合式(1)，得出渝东南山地某风电场月平均风速如表 1所示.

根据表 1可进一步算出该风电场的年平均风速为6.92 m/s，并可知2，3，5，7，8，9月的月平均风速高于全年月平均风速，12月、1月的月平均风速稍低，但全年月平均风速变化不大.

平均风功率密度为：

式(2)中：v_i为风速序列，ρ为月平均空气密度，n为平均风速在设定时段内的记录数.

结合式(2)，得出该风电场月平均风功率密度如表 2所示.

风功率密度蕴含着风速，而风速频率分布和空气密度的影响是衡量风电场风能资源的综合指标. 由表 2可知，风场区2，3，5，7，8，9月的月平均风功率密度大于200 W/m²，风能资源丰富. 4，6，10，11月，月平均风功率密度在150~200 W/m²之间，风能资源次丰富. 1月份月平均风功率密度在100~150 W/m²之间，属风能资源可利用级别. 在风能资源可利用时段，有效风功率密度虽然较低，但对于电能紧缺地区还是有相当的利用价值.

从风速分布来看，5座测风塔70 m高度全年有效风速3.0~25 m/s时数分别为7 170 h，7 208 h，7 386 h，7 626 h，7 297 h；分别占全年时数的81.8%，82.3%，84.3%，87.1%，83.3%，平均为83.76%. 根据《风电场工程风能资源测量与评估技术规范》(NB/T31147-2018)风功率密度等级评判标准，该风电场区域风功率密度等级为2级. 由此可知，该风电场全年发电量变化不大，风能资源较为丰富且可利用性较大.

“风压”是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，亦是计算风力机载荷的重要参数. 风压以单位面积上风的动压来表示：

即风压增加是按风速增加的二次方增加. 由式(3)可得到该风电场月平均风压如表 3所示.

各测风塔70 m高度平均风功率(7月)日变化曲线见图 1. 从图 1中可以看出，各测风塔风功率密度日变化趋势，下午15点左右风功率密度开始增大，最大值出现在20点至次日3点间. 就总体情况而言，风功率密度在晚上20点至翌日凌晨3点较高，13点至14点风速较低.

风力发电主要是利用近地层中风的动能资源，而近地层风速因大气运动自身特性以及下垫面环境的影响，在近地层不同高度往往呈现出气流随高度不均匀分布的特性. 造成风速在近地层中垂直变化的动力因素，主要源于地面的摩擦效应，即地面粗糙度，而热力因素主要影响的是近地层大气垂直稳定度. 当大气层结为中性时，湍流将完全依靠动力原因来发展^[13-16]. 风切变不但是制约风机性能的重要参数，而且是影响风电效益发挥的重要因素^[17]. 渝东南地区山地地形千差万别，大环流形势也不尽相同，切变指数往往存在较大差异. 此外，不同季节、同一天不同时段风切变指数也存在差异. 要进行风电场科学、合理的布设，需要掌握不同状况下风切变的特征和变化规律. 本文采用国家质量监督检验检疫总局发布的国标《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)幂律公式，计算近地层风速随高度呈指数变化的规律^[6]. 其表达式为：

式(1)经数学变换可得：

式(4)、式(5)中，v₁，v₂分别为高度z₁，z₂处的风速(单位：m/s)；α为风切变指数，其值的大小反映风速垂直切变的强度.

用式(5)计算得到A1，A2，A3号测风塔各高度的风切变指数如表 4所示. 从表 4结果可知，基本上呈现出低层风切变指数高，高层风切变指数低的规律. 一般来讲，近地层中最靠近地面的一层风切变指数最大^[17]. 但是，A3号测风塔[70~10] m层结的切变指数明显高于(70~50) m，[50~25] m层结的风切变指数，其原因可能是由于风流经过山脊、山谷、陡崖等特殊地形时，某些高度层的风速发生变化，改变了风廓线的形状，进而影响不同高度的风切变指数所致.

值得注意的是，位于山区的测风塔风速切变可能出现负切变，这是由于山区地形复杂多样，风速受局部地形影响显著，即同一地点较高处的风速比较低处的风速低. 从表 4可知，A2号测风塔所有高度层风切变指数均为负值，这是因为测风塔所处山脊较窄，且一侧为迎风侧，导致10 m处平均风速大于25 m处、50 m处及70 m处平均风速. 这个结果从图 2也可以看出. 根据伯努利效应，当气流越过山脊时，气流被压缩并加速，但这个加速效应仅发生在山脊上面相对较薄的气层内^[18-21].

图 2为3个测风塔年平均风速随不同高度的变化曲线. 从图 2可知，50~70 m高度风速变化趋势不明显. A2号风场整体风速高于其他2个风场.

根据渝东南地区某山地风电场内5个测风塔的测风数据计算可得，该地区月平均风功率密度在97.66~337.89 W/m²范围内，风电场2，3，5，7，8，9月的月平均风功率密度大于200 W/m²，风能资源丰富. 4，6，10，11月，月平均风功率密度为150~200 W/m²，风能资源次丰富. 该风电场区域风功率密度等级为2级. 风电场测风区域基本上呈现出低层风切变指数高，高层风切变指数低的规律.

该风电场风能分布集中，风能资源较为丰富且可利用性大，具有较好的开发潜力.