风电场微观选址需要注意的问题

风电场微观选址需要注意的问题

【摘要】各种地形条件下微观选址需要注意的事项。平坦地条件下采取什么样的排布方式降低风电场的整体尾流，如何在复杂地形条件下提高风电场装机容量及发电量？

【关键词】微观选址；平坦地形；复杂地形；尾流；发电量

引言：

风电场微观选址地形条件基本分为简单地形条件和复杂地形条件，其各自微观选址所需要考虑的侧重点不同；简单地形如：我国的甘肃酒泉地区、新疆达坂城地区等，像这样的地形条件下尾流影响整个风电场的发电量，同时单机尾流过大对风力发电机组的长期运行产生不利影响，优化布置风电场时需要整体考虑排布问题，使整个风电场的尾流最小，发电量达到最大化；复杂地形条件如：我国东北地区，像这样的地形条件下微观选址应综合考虑发电量、道路、尾流、湍流、机组吊装等技术指标。关于各种地形条件下的风电场微观选址，需注意问题如下：

一、风资源计算软件的选择

目前计算风电场年发电量的主流软件大致分为两类：一类是基于线性模型下的软件，如wasp、windfarmer和windpro等；另一类是基于cfd模型下的软件，如windsim和美迪顺风wt等软件；计算简单地形条件下的发电量，基于线性模型下的软件能很好地反映该地区的风况；当地形条件较为复杂时，如当坡度大于17度时，风刮过坡顶时会存在气流分离现象，基于线性模型下的软件不能完

全反应该风况，直接导致发电量计算存在较大的误差，最大误差甚至达到30％；基于cfd模型下的软件能很好的反应该风况气流分离现象，电量计算误差相对较小。在不同地形条件下，应选择适合该地形条件下的软件模型计算风电场风力发电机组的各技术指标。

二、风资源计算软件的使用

（一）数字化地图

一般条件下均无已数字化的测量地形图，一般方法：把购买的1：5万的地形图扫描后，人工数字化；由于各工程师的操作方法各异，可能导致部分数字化等高线与实际位置误差较大，导致建模失败。故在处理地图时务必选择最佳的办法来保证自己数字化地图的准

确性。同时最后的等高线地图必须向风电场各方向外延5km，至少得2km，保证测风塔在外推到每个风力发电机组时有足够多的地图信息

微观选址之前，务必采集到与地形图相对应的坐标系下测风塔准确的地理位置坐标，否则可能导致计算风电场各风力发电机组的平均风速和年发电量误差较大。

（二）粗糙度的设置

粗糙度设置的不准确，可能导致软件计算发电量与实际产出误差较大。因此，在微观选址前必须到现场踏勘，了解拟建风电场地貌。在现场踏勘前可以以风电场测风塔为圆心，以测风塔到拟建风电场最外沿并外延5km为半径做圆，把此圆平分16象限，通过地图信息分别设置16象限粗糙度；到现场踏勘时复核个象限的粗糙

度。定义完粗糙度后，载入计算机反复进行核算，直到得到最优的粗糙度数值。

（三）weibull拟合修正

测风数据建立tab文件，一般采用weibull拟合，拟合风速和实际风速有偏差，需要修正；发电量计算时需考虑本部分的拟合误差。

三、测风数据处理和风电场风力发电机组重要性能指标

（一）磁偏角

目前国内测风塔风向仪安装方向一般为磁北；磁北与真北方向的夹角，称为磁偏角。我国东北地区磁偏角较大，达到10度左右。若不进行磁偏角修正，可能导致计算主风向和主风能方向与实际方向相差一个象限，可能导致在此基础上优化出来的最优发电量与实际发电量误差较大。因此，在处理数据前，必须进行磁偏角修正。

（二）轮毂高度极限风速和平均风速

为保证风力发电机组的安全和长期稳定可靠运行，风力发电机组的设计需要考虑运行环境和电力环境的影响。运行环境可进一步划分为风况和其它外部条件。各类外部条件可细分为正常外部条件和极端外部条件。正常外部条件通常涉及到长期结构载荷和运行条件，该指标主要体现在轮毂高度年平均风速；极端外部条件出现的机会很少，但它是潜在的临界外部设计条件。该指标主要体现在轮毂高度50年一遇最大风速和极大风速。

为了最大限度的利用特定风电场的风能资源，同时保证风电场

的安全可靠运行iec 61400-1对风力发电机组进行安全分级。iec 61400-1 1999第2版风力发电机组等级划分如下：

i15：表示风速为15m/s时的湍流特征值；

在iec 61400-1 2005第3版中取消了轮毂高度年平均风速指标；只考虑轮毂高度50年一遇10min最大风速和风力发电机组的湍流强度。但咨询国内外风机制造商，其风力发电机组设计仍然考虑了轮毂高度年平均风速；个人认为在微观选址过程中，必须综合考虑轮毂高度50年一遇10min最大风速、轮毂高度年平均风速和轮毂高度湍流强度这3个非常重要的风力发电机组设计指标。

（三）湍流强度

湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的相对强度，是风速、风向及其垂直分量迅速扰动或不规律性，是重要的风况特征。风电场风力发电机组所承受的有效湍流强度是由环境湍流和风力发电机组相互之间影响所产生的附加湍流这两部

分组成。湍流强度是风力发电机组运行中承受的正常疲劳载荷，是iec 61400-1风力发电机组安全的重要参数之一。风电场湍流强度非常重要，其对风力发电机组性能有不利影响，主要是减少输出功率，还可能引起极端载荷，最终削弱和破坏风力发电机组。在复杂地形条件下，由于受地形条件的影响，环境湍流较大，故在风力发电机组选型过程中需要慎重考虑湍流指标，同时在微观选址时，应该避开环境湍流较大的区域，如：背风坡等。

四、方案优化

风力发电机组制造商为保证其机组在设计寿命内安全运行，规定风力发电机组的最小排布必须保证垂直于主导风向为3d（d为叶轮直径），平行于主导风向5d。但从业主自身角度看，追求投资最小化，利润最大化为其终极目标；在微观选址必须在风力发电机组制造商和投资业主之间平衡，在满足风力发电机组安全要求的前提下，优化排布尽量使风电场年发电量最大，投资最小。

（一）排布方案选择

1.简单地形

简单地形条件举例如下：我国新疆某地一49.5mw风电场，其轮毂高度风向和风能玫瑰图见图4-1：

风向基本呈180度展开，风能集中，有利于风力发电机组的排布。分别取常规的最大排布方式，垂直于主风能方向5d（d为叶轮直径），平行于主风能方向9d的矩阵式排布（暂称为排布方案一）；取非常规的排布方式（暂称为排布方案二）；排布方式一扣除尾流后的净电量为18332万kw·h，排布方式二扣除尾流后的净电量为18490万kw·h，排布方式二的电量比排布方式一的电量高0.86％；同时由于排布方式二比排布方式一的排布紧凑，相对于排布方式一，其场内集电线路和场内道路的距离缩短，投资也下降。

在平坦地形条件下，在主风向和主风能方向较集中的风电场，不应该拘泥于常规的排布方式；可以适当的减小垂直于主风能方向的距离，增加平行于主风能方向的距离，不仅能增大风电场的发电量，而且减小了风电场的投资，使风电场的效益达到最大。