分期開發對風電場整體影響的探討

余文博

【摘 要】本文以啟東風電場一期工程為例，對比分析二期工程、障礙物設置對一期工程風機尾流和發電量的影響。通過研究在單獨一期、一二期統籌考慮和設置障礙物的情況下，風電場的尾流和發電量值，得出二期建設對一期風電場風機尾流影響約5%、發電量影響約5%，障礙物設置對一期風電場風機尾流影響0.5%以內、發電量影響2%左右。說明風電場分期開發及周邊地形地貌變化對風場的風能資源評估有較大影響，在風能評估中應充分考慮風電場周邊區域遠期規劃因素，使評估結果更加準確可靠。

【關鍵詞】二期；障礙物；WAsP；Meteodyn_WT；影響

0 概述

目前，風能在全球范圍內已安裝超過500GW，成為歐洲和許多地區的新時代發電主要來源。到2016年全球風電投資額達到1125億美元，從業人員120萬人，風能產業已成為當今全球發展最快的行業之一。我國風能產業經歷了高速發展的近20年時間。

陸上風電場的生命周期為20年，部分21世紀初建成投運的陸上風電場目前已進入生命周期的尾聲[1]。隨著風電場周邊地形地貌的變化，風電場在初始設計階段的輸入邊界條件已發生了明顯變化，地形地貌變化對風電場最直接的影響即是對風況的影響，進而影響風電場發電量的產出，最終影響風電場經濟效益。

1 研究方法

WAsP軟件和法國 Meteodyn_WT 軟件是目前應用于國內預測風電場發電量最成熟的軟件，在測風塔實測數據確定的前提下，周邊障礙物的位置和賦值大小是推求風電場區域的風能資源的主要影響因素。本文以啟東風電場一期工程為例，通過對比二期工程、障礙物設置對一期發電量的影響，來評估風場周邊地形地貌變化對風電場區域風速、尾流和發電量的影響。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

啟東風電場分為2期。一期布置1.5MW風機61臺，總裝機規模為91.5MW[2]，二期布置2MW風機47臺2000kW風機，總裝機容量94MW[3]。

啟東境內地勢平坦，溝河縱橫，屬沿海低平地區，地面高程在1.6～4.1m（黃海高程，下同）左右。啟東風電場位于啟東東南部黃海邊灘涂地區，場址范圍為協興港至S336線（省道）以南1.5公里處，場址區域南北長約14km，東西寬約500m～1200m（含新圍墾的寅興墾區）。

風電場場址地理位置示意圖見圖3.1-1。

圖3.1-1 風電場場址地理位置示意圖

2.2 輸入風況

2.2.1 測風塔概況

啟東風電場場址及附近共安裝1#～5#測風塔，其中1#～4#位于場址內，測風塔位置如圖3.2-1。測風設備采用美國Second Wind公司的Nomad-2型測風儀。

圖3.2-1 啟東風電場測風塔相對位置示意圖

2.2.2 場址所在地區風資源分布

各測風塔代表年不同高度年平均風速見表3.2-1。

表3.2-1 各測風塔代表年各月平均風速統計表

單位：m/s

（1）沿海堤方向分布

根據測風成果，位于風電場場址最南端的1#測風塔與位于最北端的5#測風塔各高度風速比較接近，位于中部的2#、3#、4#測風塔各高度風速呈規律性變化，可見風電場址所在地區南、北兩端風資源比較接近并優于中部地帶；

（2）由沿海向內陸方向分布

風電場自沿海向內陸方向依次安裝了2#、3#、4#三座測風塔，根據這三座測風塔測風成果可見，風電場場址由沿海向內陸方向風速依次呈遞減趨勢。

（3）風電場參證測風塔選取

結合風電場場址及附近五座測風塔的安裝位置及測風數據質量，選擇位置在場內且實測數據更為完整可靠的1#、4#測風塔作為風電場的代表測站，進行相關風能資源分析。

2.3 對風電場的影響分析

2.3.1 一二期風機分布現狀

（1）啟東風電場一期工程現狀

啟東風電場一期工程場址范圍北至協興港、南至S336線以南1.5公里處，東西為90堤和2000堤之間，場址區域南北長約14km，東西寬約500m～1200m（含寅興墾區），面積約8.4km2。根據場址地形條件，整個風電場共布1.5MW風機61臺，裝機規模為91.5MW。

圖3.3-1 啟東風電場一期工程布置圖

（2）啟東風電場二期工程現狀

二期位于布置于一期工程的內、外兩側，內側為80堤，外側為2008年新圈圍的海堤。場址區域南北長約12km，東西寬約1800m。二期工程共布置2MW風機47臺，總裝機容量94MW。

圖3.3-2 啟東風電場（二期）風機布置圖

2.3.2 啟東風電場一期、二期工程及恒大房地產項目相互影響分析

近年，啟東風電場（一期、二期）南側新建了一大型旅游商業綜合體項目“恒大威尼斯”，通過現場勘察及軟件建模計算分析其對啟東風電場項目的影響。

地面障礙物如建筑物、防風帶等對風速、風向產生的衰減影響與障礙物到測風點的距離、障礙物和測風點的高度有密切關系，還與障礙物的孔隙度有一定關系。為便于計算，一般將障礙物視為具有一定的長度、寬度和高度的矩形物來考慮[4]。障礙物輸入數據要經現場實際勘察后才能確定，或提供一定比例的可以明確描述障礙物特征的地圖來確定。

利用風能資源評估專業軟件（WAsP 10.0）和法國 Meteodyn_WT 軟件，結合風電場測風塔代表年歷時風速、風向系列資料及選定的風機機型和風電機組功率曲線，計算各風電機組標準狀態下的理論年發電量。

啟東風電場（一期、二期）風機布置圖如圖3.3-3所示。

框內為二期機位

圖3.3-3 啟東風電場（一期、二期）風能資源分布圖

分別根據1#、4#測風塔，以及兩塔綜合（1#塔和4#塔）計算啟東一期發電量，二期建成后啟東一期發電量和考慮“恒大威尼斯”項目的障礙物影響后啟東一期、二期發電量。計算成果見表3.3-1。

2.3 小結

由表3.3-1可見，啟東風電場一期工程單獨計算時，年理論發電量27444.2萬kWh，扣除尾流發電量25614.1萬kWh，平均尾流6.69%，利用小時數2074h，考慮二期的影響，一期扣除尾流發電量24264.6萬kWh，平均尾流11.70%，利用小時數1962h，尾流增了5.01%，利用小時數減少112h，同時考慮恒大房地產的影響，一期理論發電量萬26699.0kWh，扣除尾流發電量23545.9萬kWh，平均尾流11.84%，利用小時數1904h，理論電量減小745.2萬kWh，扣除尾流后的電量減小了718.7 kWh，障礙物導致利用小時數減少了58h。啟東風電場二期工程年理論發電量31534.2萬kWh，扣除尾流發電量28319.9萬kWh，平均尾流10.22%，利用小時為2238h，考慮恒大房地產的影響，啟東二期理論發電量萬31177.1kWh，扣除尾流發電量27980.8萬kWh，平均尾流10.28%，利用小時為2212h，障礙物導致年利用小時數減少了26h。

綜上，啟東風電場二期工程的建成對一期發電小時數影響較大，使啟東一期年利用小時數損失112h；恒大房地產項目對啟東風電場一期、二期發電量均有一定程度的影響。

3 結論

在分期開發的風電場運行生命周期內，由于后期建設和周邊地形地貌變化引起的對風電場產能的影響越來越普遍。本文通過對實際工程案例的后評估，說明了二期建設及障礙物設置對風電場風機尾流和發電量的影響是不容忽視的，因此在風電場風能資源評價時，建議充分考慮風電場周邊區域的遠期規劃因素。

【參考文獻】

[1]宮靖遠.風電場工程技術手冊[M].機械工業出版社，2005：9-50.

[2]華能啟東風電場工程可行性研究報告.上海勘測設計研究院，2006.

[3]華能啟東風電場二期工程可行性研究報告.上海勘測設計研究院，2009.

[4]WAsP.軟件計算原理.

[責任編輯：張濤]