基于八种数值方法的厄瓜多尔安第斯高海拔地区风能潜力评估：Weibull分布参数估计与比较研究

本研究针对厄瓜多尔安第斯高海拔地区（>4300 m ASL）风能开发需求，采用MLM、MOM、EMJ等八种数值方法估算Weibull分布参数，发现EML和MLM方法在Pinanquil和San Juan站点分别表现最优，揭示两地风能潜力差异（WPD达1347.46 W/m2 vs 5.54 W/m2），为高山风电场选址提供关键数据支撑。

　　

随着全球能源转型加速，风能作为零碳排放的可再生能源备受关注。然而在厄瓜多尔等发展中国家，尽管安第斯山脉具备独特的高海拔风能资源，其开发仍面临评估方法不统一、数据匮乏等挑战。尤其当该国因干旱导致水电危机时，探索高山风能潜力更具现实意义。这项发表在《Results in Engineering》的研究，通过系统比较八种Weibull参数估计方法，为厄瓜多尔安第斯山区风电场选址提供了科学依据。

研究团队利用Pinanquil和San Juan两座海拔超4300米的气象站三年期风速数据，采用最大似然法(MLM)、矩量法(MOM)、功率密度法(PDM)等八种数值方法，结合RMSE、R²等统计指标，首次在极端海拔条件下系统评估了Weibull分布模型的适用性。通过分析2192组风速记录（剔除18组异常值），研究揭示了高海拔地区风速分布的特殊规律及其对风能开发的影响。

3.1. 风资源分析
数据表明Pinanquil站年均风速达10.78-12.16 m/s（2020年峰值34.06 m/s），显著高于San Juan站的2.05-2.29 m/s。风向玫瑰图显示两地主导风向分别为东风(E)和东南风(SE)，这种差异源于安第斯山脉对热带气团的压缩效应（Venturi效应）。

3.2. Weibull分布建模
Pinanquil的形态参数k值1.7-2.1（2018-2020），尺度参数c值12.1-14.2 m/s，符合中等稳定性风况；而San Juan的k值3.3-5.0显示更低的风速离散度。值得注意的是，PDM和EPFM方法因侧重高能风速而系统性高估c值，这在34 m/s极端风速出现的Pinanquil尤为明显。

3.3. 方法精度验证
统计指标显示：在Pinanquil，经验Lysen法(EML)以R²=0.6729和X²=0.2746最优；而在San Juan，MLM法以R²=0.8168胜出。这种差异印证了"最优方法具有站点特异性"的结论，主要受σ/μ比值（0.27 vs 0.15）和极端值频率影响。

3.5. 风能密度评估
基于0.690 kg/m³的低空气密度（海拔效应），Pinanquil的WPD从2018年842.40 W/m²增至2020年1347.46 W/m²，达NREL定义的"极佳"等级；而San Juan的WPD始终低于6 W/m²。最概然风速(v_mp)计算进一步证实Pinanquil的8.28 m/s适合风机运行。

这项研究首次证实：在相距仅14公里、海拔相近的安第斯山区站点，风能潜力存在数量级差异（>800 W/m² vs <6 W/m²），这主要归因于局部地形对风场的调制作用。研究强调需根据σ/μ比值选择参数估计方法——EML适用于中等变异风况(σ/μ≈0.27)，而MLM更适合低离散度站点。这些发现不仅为厄瓜多尔在建的全球最高海拔风电场（Villonaco，2720 m ASL）提供了技术延伸，也为高山可再生能源开发建立了方法论范式。未来研究应扩大至更多高海拔站点，并整合大气边界层模型以提升预测精度。