復雜地形條件下風電場風能資源評估研究－以西南某風電場為例

（上海勘測設計研究院，上海 200434）

（上海勘測設計研究院，上海 200434）

對于復雜地形條件下的風電場風能資源評估，不能只局限于對測風塔及氣象站資料的評估。本文通過講述復雜地形條件下風能資源評估基本流程，利用已有的測風塔資料和先進的流體力學軟件，對風電場進行風能資源分布研究，為進一步合理開發風電場風能資源提供了有利的技術支持。

復雜地形；山地風電場；流體力學；風能資源評估

0 引言

目前，我國風電場風能資源評價遵循的有關標準主要包括《地面氣象觀測規范》（中央氣象局，1979年）、《風力發電場項目可行性研究報告編制規范》（原電力工業部，1997年）、《風電場風能資源測量方法》（GB/T18709－2002）[1]、《風電場風能資源評估方法》（GB/T18710－2002）[2]、《風電場工程技術標準》（中國水電水利規劃設計總院，2007年）等。以上相關標準只是針對場址內已有的測風塔資料，及結合附近區域氣象站觀測資料進行統計、分析及評估，通過單點（測風塔、氣象站）數據分析結果來反映風電場場址區域內的風能資源分布[3]。以上分析結果在三北及平坦地形區域內會有一定的代表性，但隨著目前風電場逐步向西南區域擴展，地形條件也越來越復雜，風能資源隨著地形的變化會有很大的區別。現在我們對復雜地形場址區域內的風能資源評估，并不只能局限在對測風塔及氣象站資料評估研究，而是要通過現有的資料及結合先進的流體力學軟件來對整個風電場進行評估研究。通過以西南某風電場為例，來進一步說明復雜地形條件下的風能資源評估過程。

1 概述

風電場場址地形地貌屬于山地丘陵，地形較為復雜，場址中心地理坐標約為東經111°20′12″，北緯24°42′05″，區域平均海拔在280m－870m之間，總體地勢由北部白雞嶺逐步向南到蚊帳嶺為峰點，再繼續向南延伸至東沖嶺、油麻嶺時海拔逐漸走低，天堂嶺向（西北—東南）兩側延成一條連綿的山脊，天堂嶺向西北延至金子嶺，達到峰點后地勢逐漸走低，東南側山脊也呈逐漸走低的趨勢。從大區域地形走向上看，風電場所在區兩側地形高而中部地形較低，易形成“狹管效應”，構成南、北氣流的“通道”，使得該區域以正北正南風為主，山脊走向風與主導風向的垂直使得該區域的風能得到更好的開發利用，如圖1所示。風電場所在地區通公路、鐵路，場內地形較平緩，場址內外不存在制約設備運輸因素。

2 場址區域內測風數據概況

2.1 氣象站資料

收集到氣象站1981年－2010年歷年年平均風速，如圖2所示。氣象站多年（1981年－2010年）年平均風速為2.50m/s，多年年際風速變幅在1.9m/s－3.1m/s之間，最大風速年為1983年（3.1m/s），最小風速年為1994年（1.9m/s）。從風速的年際變化上取5－10年為一段來分析，如圖3所示。氣象站近30年年平均風速為2.5m/s，近25年平均風速為2.4m/s，近20年平均風速為2.3m/s，近15年平均風速為2.3m/s，近10年平均風速為2.2m/s，近5年平均風速為2.3m/s。

2.2 測風塔資料

風電場場內立有主版號為10666#測風塔，塔高70m，海拔467m，地理坐標為 E 111 ° 20′17.1"，N 24 ° 42′17.9"；主版號為10940#，塔高70m，海拔645m，地理坐標為 E 111° 20′15.3"、N 24°41′1.8"。兩塔海拔相差178m，如圖4所示。

2.3 測風塔資料分析

10666＃、10940＃測風塔因地理位置不同，導致月平均風速也存在大小不等的差異。各測風塔80m高度月平均風速對比分析結果如表1所示，主導風向對比如表2所示。

從表1 可以看出，兩測風塔80m 高度代表年平均風速分別為7.6m/s、5.3m/s，兩座測風塔月平均風速總體變化趨勢基本一致。

圖1 風電場內外地形走向圖

圖2 氣象站多年風速年際變化圖

圖3 氣象站多年平均分段變化曲線圖

從圖4上分析各測風塔風速差異的原因，10940＃測風塔四周地形最開闊，位置海拔高，且處于南北風速通道上，風向上基本無阻擋。10666＃測風塔位置海拔較低，周圍環境較復雜，其三面有環山，且距離較近，湍流較大，風速受峽谷風影響切變較大，如圖5所示。

表2 兩測風塔主導風向對比表

圖4 風電場內10666#、10940#測風塔具體位置示意圖

圖5 氣象站及測風塔不同高度風向玫瑰圖

表1 兩測風塔 80m 高度月平均風速對比表 單位：（m/s）

2.4 測風塔的選取

根據上述各測風塔不同風能指標分析，結合場內兩塔具體地理位置、地形地貌具體因素發現：風電場地勢南高北低， 10666#基準海拔467m，與10940#測風塔基準海拔（645m）相差178m，10666#測風塔地處局部山谷之中，受周圍高海拔山脊影響，該塔與10940#測風塔兩高度風向有所偏差，與大地形下的盛行風向偏差尤為明顯。風速也受地形影響較明顯（10666#與10940#測風塔70m高度同期風速相差約2.3m/s－3.3 m/s之間），兩測風塔所測數據的差異與海拔高度、所處地理位置、周圍環境等因素影響居多，同時考慮風電場可利用區域海拔在400m－800m之間，而10940#測風塔從所處地理位置、所測風速、風向上更具代表性。

綜合考慮上述因素，為更合理評估場址風能資源分布，選擇10940#測風塔實測數據進行風電場的風能資源評估，同時參考10666#測風塔實測數據進行驗證分析。

3 場址區域內風能資源計算

根據風電場風能資源分析所確定的歷時風速、風向系列資料，結合選定的風電機組機型功率曲線和風機布置方案，借助風能資源評估軟件Meteodyn WT，進行風電場年發電量計算。通過WT軟件，利用場內測風塔風數據，模擬出以場內中心點向外延伸8km為半徑的資源分布。

由圖6中的風速圖例可以看出，風電場沿山脊機位點80m高年平均風速在5.8m/s－7.2m/s之間較為集中，與場內測風塔實測風速值較為吻合。

由圖7風功率密度圖例中得，風電場沿山脊機位點80m高年平均風功率密在328W/m2－435W/m2之間集中分布。

圖6 風電場80m高度年平均風速分布圖

圖7 風電場80m高度年平均能量密度分布圖

4 結論

以上是對復雜地形風電場風能資源評估的一個基本流程，通過以上分析，利用已有的測風塔資料和先進的流體力學軟件進行風電場區域內的風能資源分布分析，為進一步合理開發風電場風能資源提供了有利的技術支持。對于復雜地形條件下的風電場風能資源的評估研究，不能只局限于對測風塔和氣象站資料分析，還要與整個風電場的開發結合在一起，這樣才能更加科學、客觀地指導我們的設計工作。

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T18709-2002 風電場風能資源測量方法[S].北京:中國標準出版社,2002.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.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.

[3]宮靖遠.風電場工程技術手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2005.

復雜地形條件下風電場風能資源評估研究－以西南某風電場為例

楊永輝

Wind Energy Resource Assessment Study of Complex Terrain- An Example of a Southwest Wind Farm

Yang Yonghui
(Shanghai Investigation Design & Research Institute, Shanghai 200434, China)

For wind energy resource assessment under complex terrain conditions of wind farm, it shouldn’t be only limited to the evaluation of tower and weather station data. Through describing the conditions under complex terrain wind energy resource assessment of basic processes, using the existing masts information and advanced fluid dynamics software, this paper studied wind energy resources distribution of wind farm and provided a favorable technical support.

complex terrain; mountain wind farm; fluid dynamics; wind energy resource assessment

TM614

A

1674-9219(2013)07-0104-04

2013-04-10。

楊永輝（1980-），男，工程師，碩士，長期從事風電場工程設計與研究工作。