新疆不同區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源對(duì)比分析

肖 楊

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 項(xiàng)目區(qū)場(chǎng)址及測(cè)風(fēng)概況

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師一六五團(tuán)50MW風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目擬建于塔城地區(qū)第九師一六五團(tuán)境內(nèi)。風(fēng)電場(chǎng)位于塔巴哈臺(tái)山和齊吾爾喀葉爾山之間，一六五團(tuán)距額敏縣直線距離約75km,通過S210省道從額敏縣可直達(dá)一六五團(tuán)場(chǎng)。風(fēng)場(chǎng)場(chǎng)址高程約為930～1245m。布爾津山口200MW風(fēng)電場(chǎng)一期49.5MW項(xiàng)目擬建在布爾津克孜勒塔斯。風(fēng)場(chǎng)場(chǎng)址高程約為550～612m，場(chǎng)址位于新疆九大風(fēng)區(qū)之一的額爾齊斯河河谷風(fēng)區(qū)，地處阿爾泰山山脈和塔爾巴哈臺(tái)山、薩吾爾山之間的河谷地帶，是冷空氣進(jìn)入新疆的通道。

新疆一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)一座80m高測(cè)風(fēng)塔，在塔上10m、40m、60m、80m 4個(gè)高度進(jìn)行風(fēng)能資源實(shí)測(cè)。新疆布爾津山口風(fēng)電場(chǎng)設(shè)一座70m高測(cè)風(fēng)塔，在塔上10m、30m、50m、70m 4個(gè)高度進(jìn)行風(fēng)能資源實(shí)測(cè)。兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)所在項(xiàng)目縣氣象條件見表1。

表1 風(fēng)電場(chǎng)所在縣氣象條件

由表1可以看出，額敏縣多年平均氣溫、多年極端最高溫、多年平均降水量比布爾津縣分別高出10.42%、4.82%、87.5%。布爾津縣多年極端最低溫、多年平均風(fēng)速、最大積雪深度分別較額敏縣高出8.52%、40.22%、60.82%。多年平均大氣壓和最大凍土深度兩縣數(shù)據(jù)基本一致。

2 各月及年平均風(fēng)速的對(duì)比分析

從額敏縣和布爾津縣風(fēng)電場(chǎng)所在氣象站年平均風(fēng)速情況(見圖1)可看出，布爾津縣、額敏縣氣象站近30年(1980—2009年)平均風(fēng)速分別為3.48m/s、2.16m/s，近20年(1989—2009年)平均風(fēng)速分別為3.17m/s、2.0m/s，近10年(1999—2009年)平均風(fēng)速分別為2.75m/s、2.05m/s。1985年以前，兩處風(fēng)電場(chǎng)所在縣平均風(fēng)速較大，呈逐年減小趨勢(shì)。1985—1992年，年平均風(fēng)速略有下降，呈上下波動(dòng)變化，幅度不大。1992—1998年兩處風(fēng)電場(chǎng)所在縣平均風(fēng)速再次略微下降，在1998年后風(fēng)速略有增大，但逐漸趨于平穩(wěn)。兩處風(fēng)電場(chǎng)近10年風(fēng)速下降比較明顯，額敏縣較近30年平均風(fēng)速下降6%，布爾津縣下降較大，為21.2%，是因?yàn)榻陙砣驓夂蜃兣?，亞洲緯向環(huán)流加強(qiáng)、經(jīng)向環(huán)流減弱，亞洲冬季和夏季風(fēng)減弱致使我國(guó)中高緯度地區(qū)冷空氣南下次數(shù)減少，與我國(guó)平均風(fēng)速減小有密切聯(lián)系[1]。此外，氣象站周圍綠化、建筑物逐漸增多也是原因之一[2-3]。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)所在縣氣象站年平均風(fēng)速變化情況

3 風(fēng)速和風(fēng)功率密度對(duì)比分析

一般情況下，在距離100m高度內(nèi)的近地面層，風(fēng)速與高度成正相關(guān)關(guān)系，呈指數(shù)增大規(guī)律[4](見表2)。額敏縣一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速隨高度的變化略小于布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)，平均風(fēng)功率密度隨高度的變化明顯小于布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)。額敏縣一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)60m高度處比40m高度處的平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度分別大0.30m/s、25.38W/m2，80m高度處比60m高度處的平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度分別大0.01m/s、6.03W/m2。布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)50m高度處比30m高度處的平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度分別大0.26m/s、78.4W/m2，70m高度處比50m高度處的平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度分別大0.16m/s、38.8W/m2。

表2 測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)平均風(fēng)速年際變化情況

兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)全年可發(fā)電(見圖2、圖3)，平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率密度年際變化規(guī)律一致，額敏縣一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速及平均風(fēng)功率密度在11月達(dá)到最大，而布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速及平均風(fēng)功率密度在5月達(dá)到最大，兩處平均風(fēng)功率密度年內(nèi)變化呈正弦曲線狀。布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)各高度平均風(fēng)速均大于額敏縣一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)各高度平均風(fēng)速。

圖2 風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔實(shí)測(cè)平均風(fēng)速年際變化情況

圖3 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源要素風(fēng)功率密度年際變化情況

4 風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布的對(duì)比分析

經(jīng)對(duì)兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布直方圖(圖4)進(jìn)行分析，額敏縣風(fēng)電場(chǎng)80m高度2～10m/s風(fēng)速占比為73.84%，風(fēng)能占比為54.39%。80m高度11～22m/s風(fēng)速占比為7.63%，風(fēng)能占比為45.31%[5]。布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)70m高度3～10m/s風(fēng)速所占比例為64.14%，風(fēng)能所占比例為28.02%。70m高度11～24m/s風(fēng)速所占比例為22.60%，風(fēng)能所占比例為71.98%。10m/s以上平均風(fēng)速段，布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)明顯大于一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)。說明布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)10m/s以上大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)數(shù)多于一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)，因此布爾津縣山口風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)的能量也相對(duì)較大，大風(fēng)速段上的頻率高。由圖還可見風(fēng)速頻率的峰值與風(fēng)能頻率的峰值有差異，且風(fēng)能頻率峰值較風(fēng)速頻率峰值有所推遲，額敏縣一六五團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速在8～12m/s時(shí)，風(fēng)能頻率出現(xiàn)峰值，布爾津縣風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速在10～15m/s時(shí)，風(fēng)能頻率出現(xiàn)峰值。

圖4 風(fēng)速風(fēng)能頻率

5 結(jié) 論

本文以新疆額敏縣一六五團(tuán)和布爾津縣風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源為研究對(duì)象，從氣象條件，各月及年平均風(fēng)速、風(fēng)速和風(fēng)功率密度、風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布等方面全面分析兩處風(fēng)資源情況，經(jīng)過比較，布爾津縣風(fēng)能資源更優(yōu)，為今后開發(fā)風(fēng)能資源提供了數(shù)據(jù)支撐。