复杂地形风电场规划阶段风资源分析及风场选址

1、复杂地形风电场规划阶段风资源分析及风场选址摘要：随着当今社会对新能源需求的日益增加，风电在新能源中所占的比重也在不断的加大。但是在风电场建设中存在着各种各样的困难，尤其在复杂地形中的风电项目会遇到更多的难题，复杂地形中的风资源分析以及风电场选址就是其中的关键问题。本文通过一个风电场工程实例，论述了规划设计阶段风电场及周边范围内的风资源概况、结合复杂地形具体情况初选风电场场址、初步估算风电场总装机容量、开发建设顺序以及区域内测风塔设置方案。关键词：复杂地形，风资源分析，风场选址1.概述 风能是一种蕴藏巨大的清洁能源。从理论上讲，地球上1%的风能就能满足全世界的能源需要。根据世界气象组织(WMO)

2、分析，全球风能总量为31017kW，其中可利用的风能为21010kW，是地球上可利用水能的20倍。开发和利用风能资源不仅可以成为新世纪的替代能源，而且有利于生态环境的建设。因此，在可再生能源中，风能是一种非常可观的、有前途的能源。 风力发电在可再生能源的利用中有着不可估量的发展前景，但是随着风电场的发展，规模不断增大，风电场所在的地形也越来越复杂，随之而来的问题也就越来越多。其中风资源分析和风电场选址作为风电场建设项目的前期工程，对风电场效益及风电场的成败起着重要的作用。 2.风电场规划阶段主要工作内容 为了促进风电事业发展，确保风电场建设的有序开展，风电项目规划阶段的主要工作内容如下： (1

3、)对规划风电场的建设条件进行调查，取得可靠的基础资料，并进行分析归纳，作为规划的依据。 (2)根据风能资源普查成果及土地利用规划等初步选定各规划风电场场址。 (3)对各规划风电场的风能资源、工程地质、交通运输及施工安装等建设条件进行分析。 (4)初步估算各规划风电场的装机容量。 (5)提出各规划风电场的接入系统方案。 (6)对各规划风电场进行环境影响初步评价。 (7)对各规划风电场进行投资匡算。 (8)经综合比较，确定规划风电场的开发顺序。 3.规划阶段的风电场选址 建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源，选择风电场场址时应尽量选择风能资源丰富的场址。在复杂地形条件下，规划阶

4、段的风场选址需要考虑更多的因素。 规划阶段，拟建的风电场内没有设置测风塔，要进行风场内的风资源分析，一般借助现有资料推算。中国气象科学研究院和部分省区的有关部门绘制了全国或地区的风能资源分布图，按照风功率密度和有效风速出现小时数进行风能资源区划，标明了风能丰富的区域，可用于指导规划阶段选址工作。有些省区已进行风能资源的测量，可以向有关部门咨询，尽量收集候选场址附近已有风电场的测风数据和运行记录，对候选场址内的风能资源进行评估。 复杂地形中的风电场选址还要考虑交通运输和施工安装条件。风能资源丰富的地区一般地理位置比较偏远，大多数场址需要拓宽现有道路并新建部分道路以满足设备的运输。在风电场选址时，

5、应了解候选风场周围的交通运输状况，对于风况相似的风场，尽量选择那些离已有公路较近，对外交通方便的场址，以利于较少道路的投资。同时还要考虑风机等设备安装施工时需要占用的空间，应尽量选择在主风向上开阔、宽敞、障碍物少的场址。 对于场址非常平坦、地形简单的规划风场，规划阶段可暂按5000kW/km2来估算风电场装机容量，即风电场规划装机容量(万kW)=0.5风电场场址范围面积(km2)。对于复杂地形风电场，应根据风电场风能资源，交通运输及施工安装条件选择合适单机容量的风电机组，并在拟定的风电场场址范围内根据风况特征，结合地形条件初步布置风电机组，估算风电场规划装机容量。 4.工程实例 4.1 概述

6、北方某省YG县总面积1678平方千米，最高海拔2420.5米，最低海拔980米，一般海拔1900米以上，中部形成南北两个盆地。山区占全县总面积的31.7%，川区占36.5%，丘陵区占31.8%。 YG县地处中温带，属大陆性季风气候，冷热分季明显，日夜温差明显，年平均气温7.1，年平均降水量400毫米左右，年平均蒸发量2000毫米，平均日照时数2711.5小时，平均风速3.0米/秒，平均无霜期136天。冬季受来自西伯利亚和蒙古强冷空气的控制和影响，寒潮大风天气频繁，盛行西北风；春季继续受冷空气影响，大风日数多，直到春夏之交才消失；夏季由于受副热带高压影响，降雨集中，气温较高，风速一般较小；秋季由

7、于冷暖气流交替，昼夜温差大，风速逐渐变大。大风月集中在3-5月，一年当中7、8月的风速最小。 拟建YGCC风电项目位于YG县的西部，地貌属于高山区，地形起伏较大，场区高程约为12502050m。 4.2 风资源分析 拟建YGCC风电项目附近没有已建成的风电场，也没有已经投入运行的测风塔，所以在规划阶段风资源分析的依据主要来源于气象站测风数据。 距离YGCC风电场最近的气象站是YG县气象站，至风电场中心位置直线距离为18km。YG气象站，建于1957年，站址设在YG县城城郊，观测场海拔高度为1050.3m。建站至今已有连续50余年的实际观测资料。 根据YG气象站的气象要素，极值统计见表2-1。

8、表2-1 YG气象站气象资料统计表 根据YG气象站19802009年30年逐月平均风速资料统计(表2-2历年平均风速，表2-3多年逐月平均风速)，多年平均风速为2.02m/s，1980年平均风速最大为2.69m/s，2003年平均风速最小为1.63m/s。从风速年内变化表中看出，总体表现为春季风速较大，风速最大月份为4月，最小月份为8月，具有明显的季节变化特点。 表2-2 YG气象站历年平均风速变化表 表2-3 YG气象站多年逐月平均风速 根据YG气象站多年风向资料统计结果，多年平均风速频率风分布表2-4如下。根据分析结果，可知该地区主导风向为西北西风(WNW)；其次为西风(W)、西北风(NW

9、)。 表2-4 YG气象站各年风向频率统计结果(%) 4.3 风电场选址 根据YG气象站多年风向、风速数据统计，结合风电场地形特征，主要利用山上高台错落布置风机。Global Mapper软件处理后的风电场地形见图2-1。 图2-1Global Mapper处理后YGCC风电场地形图 如图2-1所示，图中红颜色的区域高程较高，由于山地地形的作用，在高程较高的山顶部，风的流线加密，风速也会相应的加强。在山的背风面，流线散乱，风速急剧减弱，且有下沉气流，由于重力和惯性力作用，山脊的背风面气流往往成波状流动，还会产长较大的湍流，对风机长期的运行安全产生不利的影响。所以风机应尽量布置在山顶及迎风面高程

10、较高的地方，尽量不要在山脊背风面布置风机。 YG气象站位于风电场的东边，直线距离有18km，气象站测风的高程与拟建风电场的平均高程相差大约600m，根据有关的气象学理论，气象站历年的风向数据可能会和风电场内的风向有些偏差，但是基本可以代表风电场的风向分布；但是气象站的风速数据由于诸多因素的影响，不一定能代表风电场内的风资源情况。需要考虑地影响及海拔高度对风速的影响进行推算。 根据公式推算，风电场10m高度年平均风速在455.5m/s之间。根据目前风力发电机组的制造水平、技术成熟程度和价格等因素，结合风电场的风况特征，机组的安装和设备运输条件，针对风电场区地势起伏较大，山区内交通运输条件相对较差

11、的具体情况，规划阶段确定选择的单机容量为1500kw，轮毂高度暂定为70m。利用风切变公式，根据风电场10m高度风速，推算风机轮毂高度70m高度风速。 规划阶段估算风切变系数，可根据风电场的植被、地形和气流稳定度等因素，酌情选取切变系数。根据工程经验和研究成果，当风电场建于山脊时，建议切变指数在0.010.05范围内选取。经过计算后，风电场70m高度年平均风速可达到6.57.0m，初步判断具备开发价值。 风机布置方案为将风机布置在图2-1中下部两道高程较高的山脊之上，两道山脊的走向与主风向基本垂直，这对于风机布置是非常理想的自然条件。另外根据风电场内的村庄、矿产等分布情况，规划阶段在风电场内共

12、布置了66台1500kw的风机，总装机容量为99MW，分为两期建设，每期33台风机，装机49.5MW。风机布置见图2-2。 图2-2 风电场规划布置图 4.4 测风塔设置方案 为了以后阶段设计工作的顺利进行，必须要在拟建的风电场内设置测风塔。风电场可行性研究中风资源分析需要测风塔至少一整年的测风数据为基础，所以规划阶段初步选址确定后，应尽快设置测风塔，并且测风塔的位置一定要具有代表性，可以代表整个风电场的风资源情况。平坦地形风电场一期工程一般设置1座测风塔，复杂地形中应根据现场条件适当增加测风塔的数量。本项目两期风电场一共设置3座测风塔，测风塔的位置见图2-3。 由于本项目现场自然条件比较恶劣，测风设备选用精度高、性能好、功耗低的自动测风设备。设备具有抵抗自然灾害和人为破坏，保护数据安全准确的功能。 图2-3 测风塔布置图 5.小结 本文主要讲述了我国国内风电项目规划设计阶段的主要工作内容，并结合工程实例对复杂地形风电场规划阶段的风资源分析，风电场初步选址、开发顺序以及测风塔设置方案等内容进行详细深入的探讨和研究。规划设计阶段是整个风电场设计任务中首先开展的工作，对整个项目具有指导意义，也是后续设计工作顺利开展的基础。 参考文献 【1】 刘万琨，张志英，李银凤，赵萍，风能与风力发电技术，北京：化学工业出版社，2006.9，ISBN 7-50