關于云南山區風電場選址方法的研究分析

張慶忠 徐廣贊 廖靜雅

摘要：為了有效開展云南地區風電開發建設，經過理論研究、綜合分析相結合，對云南山區地形條件下風形成的原因和山區風資源的特點進行了分析，對山區風電開發的優勢和難點進行了比較，并結合山區風資源的特點對山區風電場場址選擇的原則和方法進行了總結。所提供的方法和思路對于合理選擇云南山區風電場場址，充分利用山區風能資源，加快山區風電的開發建設具有較好的參考和應用價值。

關鍵詞：云南;山區;風資源;風電場;選址

近年來，隨著我國風電事業的快速發展，“三北地區”和沿海地區等綜合開發條件較好的地區成為風電開發的重點地區。而在一些西部地區，比如云南等，雖然總體屬于風能資源貧乏區，但局部地形對風速的顯著影響使得部分山區的風能資源具有一定的開發價值。云南地區干雨季分明，6至9月為雨季，此時風速最小，10月中下旬后，南支西風急流逐漸在青藏高原南部形成，高空的強西風急流動量下傳，造成云南近地面風速增大，冬春季風力最強，形成獨具特色的風能資源，此外，隨著制造技術和施工技術的不斷進步，在山區建設風電場具備了大規模開發可行性。在山區開發風電，具有占地問題相對簡單、與群眾關系相對容易處理等優勢，但復雜的地形條件決定了山區風電場的開發建設受到客觀因素的制約，比如長期氣象資料尤其是長期測風資料缺乏、風能資源分布復雜、道路建設條件惡劣等不利因素長期制約著山區風電的開發建設。本文對云南山區風資源成因進行研究，結合工程實際從風速年變化、相關性、風向分布等方面對山區風資源特點進行分析，并在此基礎上總結出有效的山區風電場場址選擇的思路和方法，用以指導山區風電場的開發建設工作。

1?云南山區風成因及風資源特點

1.1成風原因初步分析

由于山區地形復雜，局部地形對風速有很大的影響，風資源呈現多樣性的特點，一個風場的風力資源可能在幾種風同時作用下形成。總體上，山區風形成原因歸納為：

（1）由于山區風電場海拔高度變化較大，下墊層復雜，導致太陽照射不均勻引起溫度差，由溫度差和空氣的濕度差而引起大氣壓力差，由大氣壓力差產生風。

（2）山脊、山谷對流風，即在山脈地區存在與海陸風類似的熱循環系統。山谷風是由于山地附近山坡與周圍空氣受熱不同造成的。白天山坡接受太陽能熱多，被加熱的暖空氣不斷上升，而谷底上空相對較冷的空氣則下沉補充，形成山谷風環流。晚間山坡溫降快，于是又形成了相反的環流[1]。

（3）當氣流越過山脊時，氣流被壓縮并加速，稱為伯努利效應。相對于風來說，山脊的展寬很長，當山脊走向與風向垂直時，過山脊時風速的理論提高量約為山脊前風速的?2?倍[2]。

（4）氣流經過孤立的山峰時，受到山峰的阻擋，由于孤峰山體較小，氣流向山峰兩側繞流，形成氣流加速，稱為繞流效應。越過孤峰的風速約為峰前風速的?1.5?倍。

（5）當氣流經過迎風向山脊的啞口時，啞口兩側的氣流受山脊的阻擋，氣流向啞口運動，增加了啞口氣流量，從而使風速增加，稱為啞口效應[3]。

（6）當氣流由開闊地帶流入地形構成的峽谷時，由于空氣質量不能大量堆積，于是加速流過峽谷，風速增大。當流出峽谷時，空氣流速又會減緩。由狹管效應而增大的風，稱為峽谷風或穿堂風[4]。狹管效應示意見圖?1。

1.2?山區風資源特點

以某山區風電場測風塔（以下稱為?1?號測風塔）測風數據為基礎，對山區風資源特點進行分析。1號測風塔處海拔?2203?m，塔高70?m。

1.2.1?風速的年變化

1?號測風塔?70?m?高度處的風速和風功率密度年變化曲線見圖?2。

由圖?2?可知：自?11?月至次年?5?月月風速較大，為大風季，對應為干季;6?～?10?月風速較小，為小風季，對應為濕季。即風資源分布存在明顯的季節性，冬春季風速大，夏秋季風速小。風電的季節性正好與水電形成了良好的互補，干季風電出力大，水電正值枯水期，有利于電網枯水期供需平衡;濕季風電出力小，水電正值豐水期，為汛期電網消納水電電能騰出空間。

2?山區風電場開發優勢和選址難點

2.1?山區風電場開發優勢

相比平原和丘陵風電場，在山區開發風電有其優勢。平原、丘陵或沿海地區經濟發展較快、人口密集、土地使用緊張，加之風機的噪聲、光影污染等，造成在平原、丘陵或沿海地區建設風電場面臨困難重重。而山區風電場基本分布于海拔?1?000?～?3?500?m?的大山中，尤其是?3?000?m?以上的大山，如云南已建成投產的雪邦山、百山風電場，海拔平均高度到達3600m，常年人跡罕至，與居民住所相距較遠，所利用的土地多為荒地、劣地或退耕地，基本不存在征地難、與群眾關系緊張等制約因素。且山區多為電網薄弱地區，興建山區風電場，將帶動山區電力和交通建設，促進對相關產業的投資和建設，從而加快當地經濟發展。

2.2?山區風電場選址難點

（1）山區氣象觀測資料尤其是長期測風資料缺乏。

（2）?山區風能資源分布復雜，觀測難度大。

（3）?山區道路條件差，道路投資比例大。

（4）?高海拔山區氣候條件惡劣，風機選型要求高[5]。

3?山區風電場選址原則和方法

3.1?場址選擇原則

對于山區風電開發，由于道路建設投資大、電網薄弱以及施工和運行條件差，因此，山區風電場址應遵從便于道路建設和節省道路投資、方便接入電網、利于工程施工和運行等?3?個原則重點考慮選址[6]。

3.2?場址選擇方法

3.2.1?風資源初步判斷

結合山區風資源的實際特點，風資源分析理論，初步判斷以下幾類場址平均風速較高，可以作為風電場選址的重點對象。

（1）高海拔的連續山脊和山峰。

（2）主風向上從山脈向下延伸的長峽谷。

（3）高臺地。

（4）經常發生強烈氣壓梯度的區域內的隘口。

（5）開闊壩區兩側的高山脊。

對于缺乏測風數據的山區，一般對風資源的初步考察可以采用以下?3?種間接的方法來定性判斷該區域的風資源狀況。

（1）植物變形判別。植物長期受風力作用導致明顯的永久變形，主要表現為樹木的樹干倒向某一方向，可以說明當地主風向;其次從變形的程度可以說明風力的大小和持續時間。通常年平均風速的大小是樹木變形程度的主要因素。

（2）風成地貌判別。地表物質會因風而移動和沉積，如果在山區山的迎風坡巖石裸露，背風坡砂礫堆積，在缺少風速數據的地方，可以初步判斷該區域年平均風速較大且主風向穩定。

（3）當地居民調查。通過對當地建筑物特點，如屋頂有沒有用磚石等重物壓瓦;并結合對長期居住居民的詢問調查，定性了解該地區風能資源的情況。

3.2.2?交通運輸

風機設備運輸有難度的主要有塔筒、機艙、葉片，尤其是葉片，國內主流風機葉片全部為整體結構，隨著風機功率逐漸增大，葉片長度越來越長。在目前的技術條件下，山區風電場道路大件運輸的最大難點主要在于道路的轉彎半徑能否滿足風機葉片的運輸以及道路的縱坡能否滿足運輸機艙要求。考慮到山區交通條件的限制，在選擇風機時要充分結合當地的運輸條件，在條件允許時盡可能采用大型風機[7]。

3.2.3?接入系統

山區風電場建設規模較小，一般以?110?k?V?或220?k?V電壓等級送出，山區風電場一般離城鎮較遠，送出線路較長。且高海拔山區冬季氣候惡劣，天氣寒冷，時有冰雪，部分地區覆冰大，部分地區覆冰小，覆冰分布不均勻，對送出線路桿塔設計檔距要求不一。因此，對于送出線路要注意覆冰和由此引起的投資增加問題。

3.2.4?工程地質

風電場選址應選在地質構造相對穩定地段。對于高山地區的風場地質方面評估，重點考慮滑坡和泥石流等地質災害。對于場地不良地質現象，即使風資源再好，也應采取一定的避讓措施。

3.2.5?用地屬性

風電場選址應嚴格執行國家規定的土地審批程序，優先利用荒地、劣地和非耕地，避免占用天然草地、林地，風電場范圍內永久用地與臨時用地不應涉及基本農田。山區風電場基本位于高山山脊，多為高山草甸、荒地或裸巖，用地屬性比較簡單。

3.2.6?周圍環境

風電場選址應結合國家和地方規劃以及建場地區的外部條件因地制宜確定，應注意風電場噪音干擾、電磁波干擾、視覺景觀等對附近居民帶來的生活影響[8]，以及對當地旅游業造成的影響。

3.2.7?文物古跡、軍事設施、航空凈空區、自然保護區和礦藏

山區風電場場址范圍較大，風電場選址時應通過調研收資及實地踏勘對擬選廠址處的文物古跡、軍事設施、航空凈空區、自然保護區和地下礦藏進行了解，在選址階段就對風場建設的不利因素進行合理的避讓。

3.3?升壓站站址選擇

由于山區地形條件所限，山區風電場升壓站站址選擇比較困難。升壓站的選擇，應根據電力系統的網絡結構、負荷分布、城縣規劃、土地征用、出線走廊、交通運輸、水文、地質、環境影響和生產、生活條件等因素綜合考慮，進行深入的論證和分析，尋求理想的站址[9]。此外?由于山區風電場海拔高，氣候條件惡劣，對升壓站選址提出了一些新的要求。具體的山區風電場升壓站選址原則和方法如下：

（1）符合當地的城鄉建設規劃，不占用重點保護的文化遺址或有開采價值礦藏的地址。

（2）注意節約用地，盡量利用荒地、劣地，不占或少占耕地。盡量減少拆遷和障礙物清理工作。

（3）注意協調與周圍環境及鄰近設施的相互影響。

（4）便于風電場生產人員生活、工作。

（5）山區風電風機分布分散，風機多布置于連綿數十公里的山脊上，根據風電場總體規劃容量統籌安排，升壓站站址的選址盡量處于規劃風電場的中心位置，應便于各片區風機集中送出且集電線路路徑較優。

（6）風電場集電線路回路數較多，因此升壓站進出線較多，應充分考慮進出線條件，留出線路走廊，避免或減少線路的相互交叉跨越[10]。接入系統條件應便利。

（7）山區風電道路運輸條件較差，普遍需要新建進站道路，升壓站站址應與風電場場內道路緊密結合，充分利用已建道路，以便于施工及交通運輸，減少進站道路工程量。

（8）要選擇適宜的地形地貌和地質條件。高山地區升壓站不能選高處，主要是交通運輸存在較大困難，高處水源匱乏。同時由于海拔較高，雷暴、嚴寒、覆冰、大風等惡劣天氣出現機會頻繁，空氣稀薄缺氧，對電氣設備絕緣不利，升壓站值守人員生活和工作條件惡劣。也不能選半山腰中，主要是滾石、塌方等地質災害發生的可能性較大，工程土石方量較大。高山地區升壓站適宜選擇臺地或者河灘，地形條件好，工程土石方量較少的地方，但是選在河灘的站址一定要注意防洪和水土保持問題，要計算好洪水位標高，要有切實可行的防洪和水保措施。以上選址原則和條件中，地質和接入系統條件是影響站址選擇的關鍵因素，在地質條件允許和接入系統可行的情況下，道路建設和水源條件是影響選站的重要因素，尤其對于山區升壓站，應盡量選擇方便引接道路，進站道路較短，同時周邊具有穩定可靠水源的站址。

4結語

（1）云南山區風電場選址是一個系統而復雜的工作，應結合本地區風資源的特點，充分考慮到山區風電建設的優勢和難點，把室內選址和現場踏勘選址結合起來。

（2）風電場的選址要結合風力資源情況，將地形地貌條件、地質情況、道路運輸情況、接入電網情況等多方面的因素作統籌考慮，進行經濟和社會效益的綜合評價，才能確定最理想的山區風電場場址。

參考文獻

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[10]岑晉峰.淺析風力發電場升壓站站址選擇[J].中國勘察設計，2013（1）：80-82.

作者簡介：張慶忠，男，1985年6月22日出生，本科，研究生在讀，目前主要在云南從事風電、光伏等新能源開發建設工作，從事新能源開發建設工作10年以上，在風電、光伏等新能源開發、建設、選址等方面具有豐富的經驗，目前正在開展風電、光伏開發與農業農村經濟發展方面的研究。