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風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估及微觀選址方法
科技論壇
風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)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(píng)估是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，是風(fēng)電項(xiàng)目的根本，對(duì)風(fēng)能資源的正確評(píng)估是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)取得良好經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，
有的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)因風(fēng)能資源評(píng)價(jià)失誤，建成的風(fēng)電場(chǎng)達(dá)不到預(yù)期的發(fā)電量，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文主要針對(duì)風(fēng)能資源評(píng)估及微觀選址進(jìn)行了分析
關(guān)鍵詞：風(fēng)電場(chǎng);風(fēng)能資源評(píng)估;微觀選址方法1風(fēng)能資源評(píng)估
風(fēng)能資源評(píng)估包括三個(gè)階段：區(qū)域的初步區(qū)域風(fēng)能資源評(píng)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(chǎng)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(gè)相對(duì)較大的區(qū)域中篩選較好的風(fēng)能資源區(qū)域，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘探，結(jié)合地形地貌和樹(shù)木等標(biāo)志物在萬(wàn)分之一地形圖上確定風(fēng)
應(yīng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)范圍。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址初步選定后，
根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在場(chǎng)址中立塔測(cè)風(fēng)。測(cè)風(fēng)塔位置的選擇要選具有代表整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源狀況，具體做法：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)的位置，測(cè)風(fēng)塔要立于安裝風(fēng)機(jī)較多的地方，如地形較復(fù)雜要分片布置立測(cè)風(fēng)塔，測(cè)風(fēng)塔不能立于風(fēng)速分離區(qū)和粗糙度的過(guò)渡線區(qū)域，即測(cè)風(fēng)塔附近應(yīng)
地形較陡、樹(shù)木等障礙物，與單無(wú)高大建筑物、
個(gè)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(cè)風(fēng)塔位置應(yīng)選擇在風(fēng)場(chǎng)主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。測(cè)風(fēng)塔數(shù)量依風(fēng)場(chǎng)地形復(fù)雜程度而定：對(duì)于較為簡(jiǎn)單、平坦地形，可選一處安裝測(cè)風(fēng)設(shè)備；對(duì)于地形較為復(fù)雜的風(fēng)場(chǎng)，要根據(jù)地形分片布置測(cè)風(fēng)點(diǎn)。測(cè)風(fēng)高度要最好風(fēng)機(jī)的輪轂高度一樣，應(yīng)不低于風(fēng)機(jī)輪轂高度的2/3，一般分三層以上測(cè)風(fēng)。
1.2區(qū)域風(fēng)資源評(píng)估
區(qū)域風(fēng)資源評(píng)估內(nèi)容包括：
對(duì)測(cè)風(fēng)資料進(jìn)行三性分析，包括代表性，一致性，完整性；測(cè)風(fēng)時(shí)間應(yīng)保證至少一周年，
資測(cè)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(shí)段應(yīng)盡量小（小于一周）。根據(jù)風(fēng)場(chǎng)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)處理形成的資料和長(zhǎng)期站（氣象站、海
《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資洋站）的測(cè)風(fēng)資料，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
源評(píng)估方法》（GB/T18710-2002）計(jì)算風(fēng)電機(jī)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(chǎng)測(cè)站全年風(fēng)速和風(fēng)功率日變化曲線圖，風(fēng)電場(chǎng)測(cè)站全年風(fēng)速和風(fēng)功率年變化曲線圖，風(fēng)電場(chǎng)測(cè)站全年風(fēng)向、風(fēng)能玫瑰圖，風(fēng)電場(chǎng)
風(fēng)能玫瑰圖，風(fēng)電場(chǎng)測(cè)站的風(fēng)切測(cè)站各月風(fēng)向、
變系數(shù)、湍流強(qiáng)度、粗糙度；通過(guò)與長(zhǎng)期站的相關(guān)計(jì)算整理一套反映風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)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(chǎng)地形、
礙物等，并合理利用風(fēng)電場(chǎng)各測(cè)站訂正后的測(cè)風(fēng)資料，利用專業(yè)風(fēng)資源評(píng)估軟件（WASP、WindFarmer等），繪制風(fēng)電場(chǎng)預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度風(fēng)能資源分布圖，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組功率曲
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)線計(jì)算各風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。
電機(jī)組安全要求》（GB1845.1-2001）計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度處湍流強(qiáng)度和50
年一遇10min平均最大風(fēng)速，提出風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址風(fēng)況對(duì)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)的要求。根據(jù)以上形成的各種參數(shù)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)估，以判斷風(fēng)電場(chǎng)是否具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。
1.3微觀選址目前，國(guó)內(nèi)微觀選址通常采用國(guó)際上較為流行的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)軟件WASP及WindFarmer進(jìn)行風(fēng)況建模，建模過(guò)程如下：
根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)各測(cè)站訂正后的測(cè)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(gè)輸入文件，包括：輪轂高度的風(fēng)資源柵格文件、測(cè)風(fēng)高度的風(fēng)資源柵格文件及測(cè)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(gè)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(chǎng)應(yīng)采用1:5000地形圖，輸入風(fēng)電場(chǎng)空氣密度下的風(fēng)機(jī)功率曲線及推力曲線，設(shè)定風(fēng)機(jī)的布置范圍及風(fēng)機(jī)數(shù)量，
湍流強(qiáng)度、風(fēng)機(jī)最小間距、坡度、噪設(shè)定粗糙度、
聲等，考慮風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的各種折減系數(shù)，采用修正PARK尾流模型進(jìn)行風(fēng)機(jī)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(chǎng)踏勘定點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌條件和施工安裝條件進(jìn)行了機(jī)位微調(diào)，并利用GPS測(cè)得新的坐標(biāo)，然后將現(xiàn)場(chǎng)的定點(diǎn)坐標(biāo)輸入windfarmer中，采用粘性渦漩尾流模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電量及尾流損失的精確計(jì)算。
2微觀選址的基本方法
在風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)年發(fā)電量以及風(fēng)電場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境等的影響。風(fēng)電場(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)址周?chē)鷼庀笈_(tái)站的歷史觀測(cè)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(duì)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(jì)結(jié)果等。此外還應(yīng)在初選場(chǎng)址內(nèi)建立測(cè)風(fēng)塔,并進(jìn)行至少1年以上的觀測(cè)，主要測(cè)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(dòng)風(fēng)速平均值。這些風(fēng)速的測(cè)量主要是為了根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線計(jì)算發(fā)電
對(duì)量,并計(jì)算場(chǎng)址區(qū)域的地表動(dòng)力學(xué)摩擦速度。
測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并將附近氣象臺(tái)站觀測(cè)的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)訂正到初選場(chǎng)址區(qū)域。分析氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)及場(chǎng)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(chǎng)：
a.初選風(fēng)電場(chǎng)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(duì)較小，
高度處的年有效風(fēng)力時(shí)數(shù)在6000小時(shí)以上，風(fēng)
2
功率密度達(dá)到250W/m以上。b.初選場(chǎng)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(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。c.初選場(chǎng)址湍流強(qiáng)度要小，湍流強(qiáng)度過(guò)大會(huì)使風(fēng)機(jī)振動(dòng)受力不均，降低風(fēng)機(jī)使用壽命，甚至?xí)䴕娘L(fēng)機(jī)。d.初選場(chǎng)址內(nèi)自然災(zāi)害發(fā)生
沙塵暴、雷暴、地震、泥頻率要低，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)暴、
石流多發(fā)地區(qū)不適宜建立風(fēng)電場(chǎng)。e.所選風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)地勢(shì)相對(duì)平坦，交通便利，風(fēng)電上網(wǎng)條件較好，并最好遠(yuǎn)離自然保護(hù)區(qū)、人類(lèi)居住區(qū)、候鳥(niǎo)保護(hù)區(qū)及候鳥(niǎo)遷徙路徑等。
2.2實(shí)際調(diào)研
以上方法主要針對(duì)條件較好區(qū)域,如果某些地區(qū)缺少歷史測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，同時(shí)地形復(fù)雜，不適宜通過(guò)臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)訂正到初選場(chǎng)址，可以通過(guò)如下方法對(duì)場(chǎng)址內(nèi)風(fēng)資源情形進(jìn)行評(píng)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(shí)空分辨率方面具有一定局限性,越來(lái)越多的高分辨率氣象模式及流體力學(xué)計(jì)算軟件被應(yīng)用到風(fēng)電場(chǎng)微觀選址工作中.目前，最常用的風(fēng)電場(chǎng)微觀選址及風(fēng)資源評(píng)估的軟件有：
a.WAsP：WAsP(WindAtlasAnalysisandApplicationProgram)軟件由丹麥RISΦ實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，是基于比較平坦的地形設(shè)計(jì)的，可以由一
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個(gè)測(cè)風(fēng)觀測(cè)塔推算周?chē)?00km范圍內(nèi)的風(fēng)能
WasP軟件對(duì)風(fēng)能資源評(píng)估適用于區(qū)資源分布。
域面積小，地形相對(duì)平坦地區(qū)。b.WindPro：WindPro軟件是丹麥EMD公司設(shè)計(jì)的一款用于風(fēng)電場(chǎng)選址及風(fēng)資源評(píng)估的軟件�？紤]初選場(chǎng)址地形、地表粗糙度及障礙物風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估及微觀選址方法，以及測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用WAsP計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)風(fēng)能資源分布情形，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)排布進(jìn)行優(yōu)化選
閃址，同時(shí)可以對(duì)風(fēng)機(jī)定位工作后產(chǎn)生的噪聲、
爍及可視區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。WindPro軟件還可以將場(chǎng)址附近測(cè)站長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)訂正到場(chǎng)址內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)上。由于WindPro采用WAsP來(lái)計(jì)算風(fēng)資源分布，該軟件更適宜用于相對(duì)平坦地形上的風(fēng)電場(chǎng)選址及風(fēng)資源評(píng)估。
參考文獻(xiàn)
[1]楊振斌,薛桁,袁春紅,孫振澤.用于風(fēng)電場(chǎng)選址的風(fēng)能資源評(píng)估軟件[J].氣象科技,2001(3).
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