風(fēng)電場風(fēng)能資源評估及微觀選址方法
科技論壇
風(fēng)電場風(fēng)能資源評估及微觀選址方法
高興建
（黑龍江華富風(fēng)力發(fā)電穆棱有限責(zé)任公司,黑龍江穆棱157500）
摘要：風(fēng)能資源評估是整個風(fēng)電場建設(shè)、運行的重要環(huán)節(jié)，是風(fēng)電項目的根本，對風(fēng)能資源的正確評估是風(fēng)電場建設(shè)取得良好經(jīng)濟效益的關(guān)鍵，
有的風(fēng)電場建設(shè)因風(fēng)能資源評價失誤，建成的風(fēng)電場達不到預(yù)期的發(fā)電量，造成很大的經(jīng)濟損失。本文主要針對風(fēng)能資源評估及微觀選址進行了分析
關(guān)鍵詞：風(fēng)電場;風(fēng)能資源評估;微觀選址方法1風(fēng)能資源評估
風(fēng)能資源評估包括三個階段：區(qū)域的初步區(qū)域風(fēng)能資源評估及微觀選址。甄選、
1.1區(qū)域的初步甄選
建設(shè)風(fēng)電場最基本的條件是要有能量豐
區(qū)域的初步甄選是根富，風(fēng)向穩(wěn)定的風(fēng)能資源。
據(jù)現(xiàn)有的風(fēng)能資源分布圖及氣象站的風(fēng)資源情況結(jié)合地形從一個相對較大的區(qū)域中篩選較好的風(fēng)能資源區(qū)域，到現(xiàn)場進行勘探，結(jié)合地形地貌和樹木等標(biāo)志物在萬分之一地形圖上確定風(fēng)
應(yīng)電場的開發(fā)范圍。風(fēng)電場場址初步選定后，
根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在場址中立塔測風(fēng)。測風(fēng)塔位置的`選擇要選具有代表整個風(fēng)電場的風(fēng)資源狀況，具體做法：根據(jù)現(xiàn)場地形情況結(jié)合地形圖，在地形圖上初步選定可安裝風(fēng)機的位置，測風(fēng)塔要立于安裝風(fēng)機較多的地方，如地形較復(fù)雜要分片布置立測風(fēng)塔，測風(fēng)塔不能立于風(fēng)速分離區(qū)和粗糙度的過渡線區(qū)域，即測風(fēng)塔附近應(yīng)
地形較陡、樹木等障礙物，與單無高大建筑物、
個障礙物距離應(yīng)大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應(yīng)保持在障礙物最大高度的10倍以上；測風(fēng)塔位置應(yīng)選擇在風(fēng)場主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。測風(fēng)塔數(shù)量依風(fēng)場地形復(fù)雜程度而定：對于較為簡單、平坦地形，可選一處安裝測風(fēng)設(shè)備；對于地形較為復(fù)雜的風(fēng)場，要根據(jù)地形分片布置測風(fēng)點。測風(fēng)高度要最好風(fēng)機的輪轂高度一樣，應(yīng)不低于風(fēng)機輪轂高度的2/3，一般分三層以上測風(fēng)。
1.2區(qū)域風(fēng)資源評估
區(qū)域風(fēng)資源評估內(nèi)容包括：
對測風(fēng)資料進行三性分析，包括代表性，一致性，完整性；測風(fēng)時間應(yīng)保證至少一周年，
資測風(fēng)資料有效數(shù)據(jù)完整率應(yīng)滿足大于90％，
料缺失的時段應(yīng)盡量�。ㄐ∮谝恢埽�。根據(jù)風(fēng)場測風(fēng)數(shù)據(jù)處理形成的資料和長期站（氣象站、海
《風(fēng)電場風(fēng)資洋站）的測風(fēng)資料，按照國家標(biāo)準(zhǔn)
源評估方法》（GB/T18710-2002）計算風(fēng)電機組輪轂高度處代表年平均風(fēng)速，平均風(fēng)功率密度，風(fēng)電場測站全年風(fēng)速和風(fēng)功率日變化曲線圖，風(fēng)電場測站全年風(fēng)速和風(fēng)功率年變化曲線圖，風(fēng)電場測站全年風(fēng)向、風(fēng)能玫瑰圖，風(fēng)電場
風(fēng)能玫瑰圖，風(fēng)電場測站的風(fēng)切測站各月風(fēng)向、
變系數(shù)、湍流強度、粗糙度；通過與長期站的相關(guān)計算整理一套反映風(fēng)電場長期平均水平的代
地表粗糙度、障表數(shù)據(jù)。綜合考慮風(fēng)電場地形、
礙物等，并合理利用風(fēng)電場各測站訂正后的測風(fēng)資料，利用專業(yè)風(fēng)資源評估軟件（WASP、WindFarmer等），繪制風(fēng)電場預(yù)裝風(fēng)電機組輪轂高度風(fēng)能資源分布圖，結(jié)合風(fēng)電機組功率曲
按照國家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)線計算各風(fēng)機的發(fā)電量。
電機組安全要求》（GB1845.1-2001）計算風(fēng)電場預(yù)裝風(fēng)電機組輪轂高度處湍流強度和50
年一遇10min平均最大風(fēng)速，提出風(fēng)電場場址風(fēng)況對風(fēng)電機組安全等級的要求。根據(jù)以上形成的各種參數(shù)，對風(fēng)電場風(fēng)能資源進行評估，以判斷風(fēng)電場是否具有開發(fā)價值。
1.3微觀選址目前，國內(nèi)微觀選址通常采用國際上較為流行的風(fēng)電場設(shè)計軟件WASP及WindFarmer進行風(fēng)況建模，建模過程如下：
根據(jù)風(fēng)電場各測站訂正后的測風(fēng)資料、地粗糙度，利用輪轂高度的風(fēng)資源柵格文件形圖、
滿足精度及高度要求的WindFarmer軟件的三個輸入文件，包括：輪轂高度的風(fēng)資源柵格文件、測風(fēng)高度的風(fēng)資源柵格文件及測風(fēng)高度的風(fēng)資源風(fēng)頻表文件。采用關(guān)聯(lián)的方法在Wind-Farmer軟件中輸入WASP軟件形成的三個文件，輸入三維的數(shù)字化地形圖(1:10000或1:5000)，地形復(fù)雜的山地風(fēng)電場應(yīng)采用1:5000地形圖，輸入風(fēng)電場空氣密度下的風(fēng)機功率曲線及推力曲線，設(shè)定風(fēng)機的布置范圍及風(fēng)機數(shù)量，
湍流強度、風(fēng)機最小間距、坡度、噪設(shè)定粗糙度、
聲等，考慮風(fēng)電場發(fā)電量的各種折減系數(shù)，采用修正PARK尾流模型進行風(fēng)機優(yōu)化排布。
根據(jù)優(yōu)化結(jié)果的坐標(biāo)，利用GPS到現(xiàn)場踏勘定點，根據(jù)現(xiàn)場地形地貌條件和施工安裝條件進行了機位微調(diào)，并利用GPS測得新的坐標(biāo)，然后將現(xiàn)場的定點坐標(biāo)輸入windfarmer中，采用粘性渦漩尾流模型對風(fēng)電場每臺風(fēng)機發(fā)電量及尾流損失的精確計算。
2微觀選址的基本方法
在風(fēng)電場建設(shè)之前,前期的微觀選址工作是關(guān)鍵而重要的一步。風(fēng)電場場址恰當(dāng)與否直接影響電廠建成投產(chǎn)后的風(fēng)資源利用率、風(fēng)電場年發(fā)電量以及風(fēng)電場對周圍環(huán)境等的影響。風(fēng)電場微觀選址工作涉及了氣象、地質(zhì)、交通、電力等諸多領(lǐng)域，以下簡單論述選址工作的基本方法。
2.1資料分析法
首先搜集初選風(fēng)電場址周圍氣象臺站的歷史觀測數(shù)據(jù),主要包括：海拔高度、風(fēng)速及風(fēng)平均風(fēng)速及最大風(fēng)速、氣壓、相對濕度、年降向、
雨量、氣溫及端最高最低氣溫以及災(zāi)害性天氣發(fā)生頻率的統(tǒng)計結(jié)果等。此外還應(yīng)在初選場址內(nèi)建立測風(fēng)塔,并進行至少1年以上的觀測，主要測量10m-70m/100m的10分鐘平均風(fēng)速和
日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日平均風(fēng)向、
氣壓以及10分鐘脈動風(fēng)速平均值。這些風(fēng)速的測量主要是為了根據(jù)風(fēng)機功率曲線計算發(fā)電
對量,并計算場址區(qū)域的地表動力學(xué)摩擦速度。
測風(fēng)塔數(shù)據(jù)進行整理分析，并將附近氣象臺站觀測的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)訂正到初選場址區(qū)域。分析氣象觀測數(shù)據(jù)及場址地表特征，根據(jù)以下條件判斷初選區(qū)域是否適宜建立風(fēng)電場：
a.初選風(fēng)電場地區(qū)風(fēng)資源良好，年平均風(fēng)
30m速大于6.0-7.0m/s，風(fēng)速年變化相對較小，
高度處的年有效風(fēng)力時數(shù)在6000小時以上，風(fēng)
2
功率密度達到250W/m以上。b.初選場址全年盛行風(fēng)向穩(wěn)定，主導(dǎo)風(fēng)向頻率在30%以上。風(fēng)向穩(wěn)定可以增大風(fēng)能的利用率、延長風(fēng)機的使用壽命。c.初選場址湍流強度要小，湍流強度過大會使風(fēng)機振動受力不均，降低風(fēng)機使用壽命，甚至?xí)䴕娘L(fēng)機。d.初選場址內(nèi)自然災(zāi)害發(fā)生
沙塵暴、雷暴、地震、泥頻率要低，對于強風(fēng)暴、
石流多發(fā)地區(qū)不適宜建立風(fēng)電場。e.所選風(fēng)電場內(nèi)地勢相對平坦，交通便利，風(fēng)電上網(wǎng)條件較好，并最好遠離自然保護區(qū)、人類居住區(qū)、候鳥保護區(qū)及候鳥遷徙路徑等。
2.2實際調(diào)研
以上方法主要針對條件較好區(qū)域,如果某些地區(qū)缺少歷史測風(fēng)數(shù)據(jù)，同時地形復(fù)雜，不適宜通過臺站觀測數(shù)據(jù)來訂正到初選場址，可以通過如下方法對場址內(nèi)風(fēng)資源情形進行評估：
植物變形判別法、風(fēng)成地地形地貌特征判別法、
當(dāng)?shù)鼐用裾{(diào)查判別法。貌判別法、
2.3微尺度模式的應(yīng)用
隨著數(shù)值模擬技術(shù)的快速發(fā)展,也由于資料分析法在資料的時空分辨率方面具有一定局限性,越來越多的高分辨率氣象模式及流體力學(xué)計算軟件被應(yīng)用到風(fēng)電場微觀選址工作中.目前，最常用的風(fēng)電場微觀選址及風(fēng)資源評估的軟件有：
a.WAsP：WAsP(WindAtlasAnalysisandApplicationProgram)軟件由丹麥RISΦ實驗室開發(fā)，是基于比較平坦的地形設(shè)計的，可以由一
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個測風(fēng)觀測塔推算周圍100km范圍內(nèi)的風(fēng)能
WasP軟件對風(fēng)能資源評估適用于區(qū)資源分布。
域面積小，地形相對平坦地區(qū)。b.WindPro：WindPro軟件是丹麥EMD公司設(shè)計的一款用于風(fēng)電場選址及風(fēng)資源評估的軟件�？紤]初選場址地形、地表粗糙度及障礙物風(fēng)電場風(fēng)能資源評估及微觀選址方法，以及測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)運用WAsP計算風(fēng)電場范圍內(nèi)風(fēng)能資源分布情形，并對風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機排布進行優(yōu)化選
閃址，同時可以對風(fēng)機定位工作后產(chǎn)生的噪聲、
爍及可視區(qū)域進行計算。WindPro軟件還可以將場址附近測站長時間序列觀測數(shù)據(jù)訂正到場址內(nèi)的觀測點上。由于WindPro采用WAsP來計算風(fēng)資源分布，該軟件更適宜用于相對平坦地形上的風(fēng)電場選址及風(fēng)資源評估。
參考文獻
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