四川德昌安寧河谷風電場風能資源評估

何 一，孫 慶，陳 宇

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

德昌安寧河谷風電場位于四川省涼山彝族自治州德昌縣境內的安寧河谷北段，北起德昌縣與西昌市交界處，南到德昌縣城，南北長約18km，東西寬度2～4km。

德昌安寧河谷風電場是四川省風電場規劃中推薦的首批開發的風電項目之一，因其風能資源豐富，前期工作深入，交通條件好，開發建設步伐較快，建成后將成為四川省的首個大型并網風電場。

2 自然環境

風電場所在區域屬高原河谷地帶，地形北高南低，螺髻山與耗牛山東西對峙，中間是安寧河谷，是安寧河谷平原的南延部份。境內地勢起伏較大，周邊山系最高處海拔4 359m，安寧河谷最低處海拔1 115m。安寧河河谷地區為北高南低的狹管狀地形，風的狹管效應明顯，因而造成南北向風力加大，大風頻繁出現，且冬春季節季風尤為明顯。

風電場位于德昌縣麻栗、阿月、銀鹿等鄉境內，場址區海拔高度在1 360～1 570m之間，地勢較開闊平坦，場區有西攀高速公路、國道G108線、成昆鐵路及多條高壓輸電線路，民居星羅棋布，施工條件較好，但對風電場布局的影響物相對較多。

3 評估方法

通過在風電場區域內建立測風塔，收集滿一年的測風數據后，與當地氣象站長期數據進行訂正，得到代表風電場多年平均的風能資源數據。

國內已建風電場多分布于三北地區和東南沿海，所在地多為平原或淺丘，地形平坦，一個測風塔的資料可以代表周邊大片區域，且區域內風資源相差不大。本風電場地形復雜，起伏不定的山體對風況影響很大，故本風電場采用在經、緯兩個方向的不同高程上建立多個測風塔，分析河谷地帶的風資源分布特點。

4 測風數據分析

4.1 測風塔設立

經現場實地考察，將風電場區域劃分為3個斷面，上、中斷面河谷較為狹窄，下斷面河谷比較寬闊。共布置了7座測風塔(位置示意見圖1)。上斷面在德昌與西昌交界處，左岸布置1座70m測風塔(70#)，右岸布置1座30m測風塔(31#)；中斷面在麻栗鄉大高橋處，左岸布置1座70m測風塔(71#)，右岸布置1座30m測風塔(32#)；下斷面在銀鹿鄉政府處，左岸較高處布置1座70m測風塔(72#)，沿河處布置1座30m測風塔(33#)，右岸布置1座30m測風塔(34#)。

4.2 測風數據

經過2008年8月～2009年7月一年的觀測，數據顯示區域內主風向為南、北兩個方向。70m高度處風速為5.68～6.48m/s，30m高度處風速為4.08～5.64m/s。各測風塔同期風速數據見表1。

表1 各測風塔年平均風速

圖1 測風塔位置示意

從測風數據分析可知，本區域的風能資源的分布特點為：

(1)河谷狹窄處風力偏大，寬闊處風力偏?。?/p>

(2)海拔高處風力偏大，低處風力偏?。?/p>

(3)河谷中心線處風力偏大，兩側近山處風力偏小。

4.3 數據訂正

風電場附近的長期氣象測站為德昌縣氣象站，距測風塔5～15km，距離較近，地形相似，可作為分析本風電場風能資源的參證站。

將氣象站與測風塔同期數據進行相關性分析，相關系數R分別為為0.787(70#)、0.763(71#)、0.815(72#)、0.254(31#)、0.756(32#)、0.818(33#)、0.775(34#)，除最遠處的31#塔相關性很差外，其他均在0.8左右，相關性較好。70#～72#測風塔與氣象站數據相關性分析見圖2～4。

圖2 70#測風塔與氣象站相關性分析

圖3 71#測風塔與氣象站相關性分析

圖4 72#測風塔與氣象站相關性分析

現有風電場現場的觀測項目不全，且根據現場短期數據推求空氣密度不能準確反映多年平均數據，可參考鄰近地區的多年平均空氣密度。

根據德昌縣氣象站多年平均氣象要素統計值推算多年平均空氣密度，計算公式為：

式中p——氣壓，該地區為 858.9hPa；

t——溫度，該地區平均值為 17.6℃；

e——水氣壓，該地區為13.1hPa。

由此計算得到氣象站多年平均空氣密度為 1.024kg/m3。德昌縣氣象站的海拔高度比風電場現場低100m左右，兩地的空氣密度差別較小，以此空氣密度代表本風電場的空氣密度是合理的。

德昌氣象站10m高處2004～2009年平均風速3.06m/s，2008年8月～2009年7月區間年平均風速2.82m/s，在系列中屬于小風年。

利用氣象站長期數據和當地空氣密度對3個70m測風塔70m高度測風數據進行修正，訂正為一套反映風場長期平均水平的代表性數據。70#測風塔70m高度平均風速6.41m/s，風功率密度229W/m2；71#測風塔70m高度平均風速6.62m/s，風功率密度268W/m2；72#測風塔70m高度平均風速5.8m/s，風功率密度212W/m2。

5 風能資源評估

5.1 風能資源

根據GB/T 18710-2002《風電場風能資源評估方法》，本風電場北部區域(上、中斷面)風能資源較好，風電場風功率等級為2級，屬風能資源較好區域。南部區域(下斷面)風能資源較差，風電場風功率等級為1級，屬風能資源可開發區域。

5.2 風速、風向特性

以71#測風塔為代表，風電場風向主要集中在南南西(SSW)和北北東(NNE)兩個方向，盛行風向穩定，基本與安寧河河谷方向一致(見圖5)。

圖5 70m高度風向(左)、風能(右)玫瑰圖

年有效風速時數為7 273h，占全年的85.4%，11～20m/s時數占全年的12.2%，大于20.0m/s時數占全年的0.01%。本風場有效風速時段長，無效風速時段較短，全年均可發電，無破壞性風速(見圖6)。

圖6 70m高度風速、風功率密度分布直方圖

年內大風月集中在1～5月份，小風月集中在7～9月份，即冬春季風大，夏季風小。2～10月以南風為主，11～翌年1月以北風為主，即冬季盛行北風，其他季節盛行南風(見圖7)。

圖7 70m高度風速和風功率密度年內變化曲線

風速一日之內的變化十分復雜，一般情況中午12、13點風速開始加大，至下午16點風速最大，然后逐漸減小，至凌晨最小。就總體情況看，0～12點小，13～24點大(見圖8)。

6 結束語

本風電場無破壞性風速，盛行風向穩定，其風能資源具有一定的開發價值。

從風能資源分布來看，北部區域風功率密度較大，風能資源優于南部區域。

從開發條件來看，區域內主要公路均位于左岸，而風電機組大件運輸主要依靠公路運輸，過河及穿越鐵路線均有一定困難，安寧河左岸區域開發條件優于右岸區域。

圖8 70m高度風速和風功率密度日變化曲線

本風電場區域較大，可分為多期滾動開發。根據以上分析，北部左岸區域風能資源豐富，開發條件好，應作為第一期開發的重點區域。北部右岸區域風能資源也較好，在后續進行道路交通研究后，宜作為第二期開發的區域。南部區域風能資源較差，在前兩期風電場建設開發的基礎上，總結經驗，深入優選機組點位，可作為第三期工程進行開發建設。

參考文獻：

[1] 中國水利水電建設工程咨詢公司.GB/T18710-2002《風電場風能資源評估方法》[S].北京：中國標準出版社,2002.

[2] 宮靖遠,賀德馨,等.風電場工程技術手冊[M].北京：機械工業出版社,2004.