杜 云，黎發(fā)貴，胡 榮，呂艷軍

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

風能是清潔的、儲量極為豐富的可再生能源。風力發(fā)電是新能源領(lǐng)域中技術(shù)成熟、具備規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，大力開發(fā)利用風能資源，對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少化石能源資源消耗、緩解能源和環(huán)境壓力、促進節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

近年來，隨著世界各國對環(huán)境保護、能源短缺及節(jié)能等問題的日益關(guān)注和重視，認為開發(fā)利用風能資源是減少空氣污染、減少有害氣體排放的有效措施之一，風能資源的開發(fā)利用得到了大力發(fā)展。而風能資源評估是風能資源開發(fā)利用的首要環(huán)節(jié)，也是風電場項目投資成敗的關(guān)鍵。在我國，除了部分沿海和內(nèi)陸的平原地區(qū)外，大部分風電場都處于地形復雜的山區(qū)，在復雜山區(qū)風電場進行準確的風能資源評估往往存在較大的困難。近年來，適用于復雜地形風能資源評估的軟件主要有WT和WindSim軟件，此軟件以計算流體力學(CFD)為核心，可根據(jù)地形、粗糙度和熱穩(wěn)定度等參數(shù)的輸入求解出風電場區(qū)域三維空間內(nèi)任一點的風流及風資源情況[1]。但由于復雜山區(qū)風電場的風能形成原因和特征眾多，采用WT或者WindSim軟件進行風能資源模擬時，仍具有較大的不確定性和局限性。本文以2個典型復雜山區(qū)風電場為例，闡述測風塔在復雜山區(qū)風電場風能資源評估的重要性，并提出根據(jù)地形條件設立適當數(shù)量具有代表性的測風塔是提高復雜山區(qū)風電場風能資源評估準確性的有效措施。

1 風電場測風塔布設原則及步驟

在復雜山區(qū)風電場，測風塔的代表性是指測風塔處的風況所能代表區(qū)域范圍的大小。由于地形較為復雜，測風塔處的風況能代表的區(qū)域范圍往往有限，在場區(qū)只設立1座測風塔難以探索清楚場區(qū)的風資源分布情況，需要設立多座測風塔才能模擬出較為準確的風資源分布。為節(jié)約項目前期投資和提高風能資源評估的準確性，在設立測風塔前應仔細、綜合考慮每個測風點的代表性；其布設宜參考以下原則和步驟，可有效提高測風塔的代表性。

1.1 風電場測風塔布設原則

(1)測風塔宜布設在山脊處，且宜在主風向的上風向位置，周邊應開闊、無山體遮擋、無高大障礙物等[2]。

(2)測風塔不宜只布設在場區(qū)海拔高程最高處或最低處，宜選在場區(qū)海拔高程較高處[3]，對于開發(fā)范圍較大的風電場，宜在風資源可能最好的地點和風資源可利用的下限區(qū)域均布設測風塔[4]。

(3)所選測風塔處的地形宜盡可能地與風電場大多數(shù)擬布機位點處的地形相似[5]。宜在山脈走向發(fā)生改變的山脊上以及在山脊周邊環(huán)境發(fā)生改變的地方布設測風塔[4]；應避免在殊地形處(如狹管地形、迎風坡、背風坡、臺升地形等)布設測風塔。

1.2 風電場測風塔布設步驟

(1)采用STRM地形圖和中尺度風數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的風能資源評估軟件，對整個風電場范圍進行風能資源模擬[6]。

(2)根據(jù)模擬的場區(qū)風能資源分布圖和初步擬定的裝機規(guī)模進行風電場風機點位的初步布置。

(3)根據(jù)風電場初步的風機點位布置和場區(qū)地形，對風電場場區(qū)進行分區(qū)，在每個分區(qū)區(qū)域內(nèi)至少設立1座測風塔。在分區(qū)時應注意：同一分區(qū)內(nèi)地形變化幅度應較小，同一分區(qū)內(nèi)山脊走向應基本相同，分段的山脊不宜劃分為同一分區(qū)[1]。

2 工程實例分析

貴州省內(nèi)的風電場絕大多數(shù)屬于復雜山區(qū)風電場，下面以2個典型的貴州復雜山區(qū)風電場為例，簡要闡述測風塔在復雜山區(qū)風電場風能資源評估的重要性，以引起相關(guān)各方的足夠重視。

2.1 A風電場

A風電場場區(qū)由多條東北-西南走向的山梁組成，場址面積約40 km2；場區(qū)沖溝、水系較發(fā)育，場區(qū)海拔高程在1 300～1 700 m之間，相對高差較大，地形較為復雜，是一個復雜的山區(qū)風電場。

在該風電場區(qū)域內(nèi)，前期項目業(yè)主僅設立了1座測風塔(3號塔)，根據(jù)該測風塔的測風數(shù)據(jù)模擬出的整個場區(qū)的風能資源均較好。因山區(qū)風電場的復雜性，為降低工程投資風險，設計院建議業(yè)主單位在場區(qū)增補了3座測風塔。后期設計院根據(jù)場區(qū)4座測風塔的測風數(shù)據(jù)對場區(qū)進行風能資源復核，經(jīng)復核發(fā)現(xiàn)，場區(qū)大部分區(qū)域的風能資源與前期成果差異較大，從前后風能資源分布圖可看出，除原3號測風塔所在區(qū)域的風能資源相差不大外，其余區(qū)域的風能資源均存較大差異，尤以B區(qū)和D區(qū)的差異最大。由此可見，復雜山區(qū)風電場由于受地形影響，測風塔所能代表的區(qū)域范圍十分有限；因此，若想較準確地弄清復雜山區(qū)風電場的風能資源分布，從而提高風能資源評估成果的可靠性，在風電場區(qū)域設立足夠數(shù)量的測風塔進行測風是十分必要的。

表1 A風電場各測風塔高程及年平均風速

圖1 A風電場測風塔位置示意

圖2 A風電場風能資源模擬結(jié)果對比

2.2 B風電場

B風電場總體由2條山脊組成，外形像“人”字形，場址面積約15 km2，場區(qū)沖溝發(fā)育強烈，場區(qū)海拔高程在1 500 m～1 850 m之間，相對高差較大，地形較為復雜，也是一個復雜的山區(qū)風電場。

該風電場場區(qū)主導風向為SE，從地形和主導風向可初步判斷場區(qū)中部靠西區(qū)域為風加速區(qū)域。在該風電場區(qū)域，前期業(yè)主單位僅在風加速區(qū)設立了1座測風塔(2號塔)，經(jīng)測量，2號測風塔的風速較大，用該測風塔模擬出全場的風能資源較為豐富。由于山區(qū)風電場的復雜性，為降低工程投資風險，業(yè)主單位根據(jù)設計院和專家建議在場區(qū)增補了3座測風塔對場區(qū)進行加密測風并進行風能資源復核。其后，根據(jù)場區(qū)加密測風塔的測風數(shù)據(jù)進行了風能資源復核，經(jīng)復核后發(fā)現(xiàn)，該風電場的風能資源分布與前期評估的成果差異非常大，2號測風塔1 km外的風能資源基本不可靠。由此可見，特殊地形區(qū)的測風塔不可作為代表性測風塔用于整個風電場的風能資源評估。

表2 B風電場各測風塔高程及年平均風速表

圖3 B風電場測風塔位置示意

圖4 B風電場風能資源模擬結(jié)果對比

3 結(jié) 語

本文通過對工程實例的分析可以看出，復雜山區(qū)風電場由于地形復雜，地形對風能資源的分布影響較大，測風塔的數(shù)量及其代表性是影響其風電場風能資源評估準確性的重要因素，決定著風能資源評估的準確性；同時，對于山區(qū)風電場，由于受地形影響，場區(qū)內(nèi)各區(qū)域的成風條件存在較大差異，一些特殊地形(如狹管地形、迎風坡、背風坡、臺升地形等)處的測風塔是無法反映其他區(qū)域風能資源狀況的，特殊地形區(qū)的測風塔不宜作為風電場的代表性測風塔。因此，對于在復雜山區(qū)進行風電開發(fā)時，相關(guān)各方應高度重視測風塔對山區(qū)風電場風能資源評估的重要性，根據(jù)風電場地形條件，在風電場區(qū)域設立足夠數(shù)量且具有代表性的測風塔是確保復雜山區(qū)風電場風能資源評估準確性的有效措施，也是確保項目投資成敗的關(guān)鍵。