四川省山地風(fēng)電場測風(fēng)塔選址及建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究

溫 鵬

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動能。風(fēng)能是資源潛力巨大、技術(shù)較為成熟的可再生能源，在減排溫室氣體、應(yīng)對氣候變化的新形勢下，越來越受到世界各國的重視，并已在全球大規(guī)模開發(fā)利用。

四川省的風(fēng)能資源主要分布于川西北部高原、川西南部和北部山區(qū)，省內(nèi)的風(fēng)電場大部分以山地風(fēng)電場為主。由于山地風(fēng)電場具有場址平均海拔高、地形起伏大、氣候差異顯著等特點，測風(fēng)塔選址及建設(shè)在風(fēng)電場建設(shè)的前期階段尤為關(guān)鍵，對風(fēng)電場的高效運(yùn)行非常重要。本文簡要介紹了四川省風(fēng)能資源分布情況、境內(nèi)山地風(fēng)電場的主要特點，提出了四川省山地風(fēng)電場測風(fēng)塔選址及建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)要點。

1 四川省風(fēng)能資源分布及山地風(fēng)電場主要特點

1.1 四川省風(fēng)能資源分布

根據(jù)四川省已設(shè)立測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)分析，全省風(fēng)資源分布特點為盆地內(nèi)風(fēng)速較小，西北部高原、西南部和北部山區(qū)風(fēng)速較大。其中，四川省西北部高原、西南部山區(qū)風(fēng)能資源主要受西南季風(fēng)影響，北部山區(qū)受東北季風(fēng)影響，上述大部分區(qū)域離地50 m高處的風(fēng)功率密度能夠達(dá)到風(fēng)功率密度2級及以上。從行政區(qū)域看，四川省風(fēng)能資源主要分布在涼山州、攀枝花市、廣元市、甘孜州、阿壩州等地，其中涼山州約占全省可開發(fā)區(qū)域的50%。

1.2 四川省山地風(fēng)電場主要特點

四川省風(fēng)電場以山地風(fēng)電場為主，山地風(fēng)電場主要有場址平均海拔高、地形起伏大、氣候差異顯著等特點。

1.2.1 場址平均海拔高

從場址海拔分析，涼山州及攀枝花市境內(nèi)的風(fēng)電場場址海拔分布在2 800～3 800 m之間，廣元市境內(nèi)風(fēng)電場場址海拔分布在1 000～1 800 m之間，甘孜州和阿壩州具備開發(fā)價值的風(fēng)電場場址平均海拔在4 000 m以上。

1.2.2 地形起伏大

四川省境內(nèi)川西南山地區(qū)位于青藏高原東部橫斷山系中段，地貌類型為中山峽谷，川西南大約94%的面積為山地，山體多為南北走向，連綿起伏，相對高差500～800 m不等，該區(qū)域是四川省風(fēng)能集中區(qū)。山地風(fēng)電場一般由一條或多條山脊組成，機(jī)組一般沿山脊布置，省內(nèi)山地風(fēng)電場具有地形起伏大的顯著特點。

1.2.3 氣候差異顯著

四川省山地風(fēng)電場主要分布在川西南和川西北地區(qū)。川西南山地屬于亞熱帶半濕潤氣候區(qū)，氣候條件受海拔高度和地形影響，垂直差異明顯，小氣候復(fù)雜多樣，出現(xiàn)亞熱帶、溫帶和寒溫帶氣候交混的情況。全年有7個月為旱季，年降水量900～1 200 mm，其中90%降水集中在5～10月；大風(fēng)速出現(xiàn)在11月到第二年5月(干季)，6～10月風(fēng)速偏低(雨季)。川西北屬于高山高原高寒氣候區(qū)，該區(qū)海拔高差大，氣候立體變化明顯，從河谷到山脊依次出現(xiàn)亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶和永凍帶，而風(fēng)電場一般分布于山脊處，早晚溫差大，該區(qū)域的風(fēng)資源豐富區(qū)總體是以亞寒帶、寒帶和永凍帶氣候為主。

2 測風(fēng)塔選址關(guān)鍵技術(shù)要點

2.1 山地風(fēng)電場測風(fēng)塔選址需要把握的原則

(1)擬選測風(fēng)塔位置的風(fēng)況應(yīng)基本代表擬選風(fēng)電場場址的風(fēng)況。

(2)擬選測風(fēng)塔位置附近應(yīng)無高大建筑物、樹木等障礙物，與單個障礙物距離應(yīng)大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應(yīng)保持在障礙物最大高度的10倍以上。

(3)擬選測風(fēng)塔位置應(yīng)選擇在擬選風(fēng)電場主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。

(4)測風(fēng)塔的數(shù)量依擬選風(fēng)電場地形復(fù)雜程度而定。對于簡單地形，可設(shè)置一座測風(fēng)塔；對于復(fù)雜地形，應(yīng)考慮設(shè)置兩座及以上測風(fēng)塔。

2.2 測風(fēng)塔選址應(yīng)具備代表性

測風(fēng)塔在風(fēng)電場內(nèi)應(yīng)具有代表性，盡可能選擇在今后布機(jī)較多的區(qū)域內(nèi)。山地風(fēng)電場的山脊起伏較大，對于不超過10 km的單一山體，測風(fēng)塔宜布置在山脊中間區(qū)域，選在位于整條山脊平均海拔高度偏上的位置，超過10 km的連續(xù)山脊，在起伏較大的位置加密測風(fēng)塔。對于連片的山體和多道山脊組成的風(fēng)電場，測風(fēng)塔首先考慮布置在海拔較高的主山體，然后在迎風(fēng)面和可能存在前端擾動區(qū)域的中等高度山體分別布置測風(fēng)塔，還要在可能布置風(fēng)電機(jī)組的海拔較低處布置測風(fēng)塔，使測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)能反映出整個區(qū)域的平均風(fēng)能資源情況。

2.3 測風(fēng)塔選址應(yīng)符合風(fēng)況特征

四川南部山區(qū)的山脊風(fēng)一般以西南風(fēng)為主風(fēng)向，四川北部山區(qū)的山脊風(fēng)一般以北風(fēng)為主風(fēng)向。風(fēng)向的季節(jié)性差異，導(dǎo)致山脊的季節(jié)性遮擋明顯，因此測風(fēng)塔的布置要考慮季風(fēng)性的迎、背坡差異，測風(fēng)塔一般設(shè)置在具備利用價值的迎風(fēng)坡。此外，有的山地風(fēng)電場植被茂密，測風(fēng)塔所選點位還需考慮四周無遮擋，布置于海拔較高的山頭上。

2.4 測風(fēng)塔選址應(yīng)具備可操作性

四川省山地風(fēng)電場風(fēng)能資源較好的地方，往往是人煙稀少、無通訊信號、施工困難的偏遠(yuǎn)山區(qū)。在滿足代表性的基礎(chǔ)上，測風(fēng)塔選址還需滿足測風(fēng)塔的施工條件要求，盡量選在靠近道路、搬運(yùn)方便、有足夠拉線范圍的位置，便于測風(fēng)塔安裝和后期維護(hù)。對于無通訊信號的地方，要盡量保證人員容易到達(dá)，實現(xiàn)定期人工收集測風(fēng)數(shù)據(jù)，對于無通訊信號且人工收集測風(fēng)塔數(shù)據(jù)成本較高的地區(qū)，建議在測風(fēng)塔配置中考慮衛(wèi)星傳輸設(shè)備。此外，四川省山地風(fēng)電場多分布于民族地區(qū)，測風(fēng)塔選址還需滿足當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)要求，尊重當(dāng)?shù)氐拿耧L(fēng)民俗。

3 測風(fēng)塔建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)要點

根據(jù)四川省山地風(fēng)電場的特點，在選定測風(fēng)塔位置后，建議在測風(fēng)塔建設(shè)時應(yīng)重點考慮測風(fēng)塔配置、測風(fēng)塔施工時段和后期運(yùn)行維護(hù)等問題。

3.1 測風(fēng)塔配置

由前述章節(jié)可知，四川省山地風(fēng)電場海拔普遍較高，高海拔山地風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組的輪轂高度一般不高于90 m，因此一般采用80 m或者90 m高度測風(fēng)塔便可滿足要求。對于交通條件和施工條件特別差的風(fēng)電場，可考慮建設(shè)50 m高測風(fēng)塔。一般可以在測風(fēng)塔的10 m、50 m、70 m、80 m、90 m處設(shè)置風(fēng)速儀，在10 m和最高點設(shè)置風(fēng)向儀，在7～10 m高度設(shè)置氣溫、氣壓、濕度傳感器各1個。在同一個風(fēng)電場的幾個測風(fēng)塔中，可只在其中一個測風(fēng)塔上設(shè)氣溫、氣壓、濕度傳感器。

四川省山地風(fēng)電場氣候條件惡劣，冬季積雪較多、凝凍現(xiàn)象較嚴(yán)重。測風(fēng)塔應(yīng)采用加強(qiáng)型塔架，對于冬季凝凍現(xiàn)象較嚴(yán)重的區(qū)域的測風(fēng)塔應(yīng)增加自動加熱部件。為保證測風(fēng)塔安全，可采用冬季升降塔的方式或采用激光、聲雷達(dá)測風(fēng)。同時，考慮山區(qū)雷暴天氣的影響，測風(fēng)塔應(yīng)有避雷裝置。

3.2 測風(fēng)塔施工時段

測風(fēng)塔施工一般工序為：混泥土基礎(chǔ)施工、測風(fēng)塔運(yùn)輸至現(xiàn)場、測風(fēng)塔安裝、測風(fēng)設(shè)備安裝。四川省山地風(fēng)電場氣候差異顯著，測風(fēng)塔施工的各項工序均需考慮高原山區(qū)多變的氣候條件，應(yīng)做好測風(fēng)塔施工前的準(zhǔn)備，充分調(diào)查適合測風(fēng)塔施工的時段，避免高原山區(qū)容易出現(xiàn)的降雪、暴雨等惡劣天氣。比如，四川省境內(nèi)很多風(fēng)電場無法用車輛將測風(fēng)塔設(shè)備及施工材料等運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場，需要通過人力或畜力搬運(yùn)，且運(yùn)輸?shù)缆范酁槠閸绲纳铰罚@就要求測風(fēng)塔運(yùn)輸和施工選擇較好的天氣。從四川省山地風(fēng)電場氣候條件分析，4～6月為測風(fēng)塔安裝的最佳時期，從10月至翌年3月在海拔較高的山區(qū)會出現(xiàn)降雪天氣，該時段山脊有積雪且風(fēng)速較大，不宜進(jìn)行測風(fēng)塔施工；而7～9月容易出現(xiàn)暴雨天氣，應(yīng)密切關(guān)注天氣情況，充分利用有效時間，確保施工作業(yè)安全。

3.3 后期運(yùn)行維護(hù)

測風(fēng)塔安裝完成后，應(yīng)形成安裝報告，測風(fēng)塔驗收時，保證測風(fēng)塔能自動發(fā)送3～5 d的正常數(shù)據(jù)，建議測風(fēng)塔安裝完成后的第一年內(nèi)應(yīng)至少每周下載一次數(shù)據(jù)并檢查，數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題應(yīng)及時聯(lián)系廠家進(jìn)行檢查和修復(fù)。山地風(fēng)電場地處偏遠(yuǎn)，測風(fēng)塔應(yīng)有安全防護(hù)設(shè)施并設(shè)置安全標(biāo)志，同時在有人類活動的地方應(yīng)委托當(dāng)?shù)厝诉M(jìn)行看護(hù)。

4 結(jié) 語

測風(fēng)數(shù)據(jù)是風(fēng)電場設(shè)計和建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，測風(fēng)塔的選址和建設(shè)是保證測風(fēng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的前提。四川省風(fēng)電場以山地風(fēng)電場為主，具有場址平均海拔高、地形起伏大、氣候差異顯著等特點，測風(fēng)塔選址及建設(shè)在風(fēng)電場建設(shè)的前期階段尤為關(guān)鍵。本文根據(jù)四川省山地風(fēng)電場的特點，在測風(fēng)塔配置、施工時段選擇和后期運(yùn)維等方面提出了關(guān)鍵技術(shù)要點，供同行們參考和借鑒。