論山地風電場補充測風對優(yōu)化微觀選址的重要作用

四川省能投風電開發(fā)有限公司 吳 平

山地風電場在測風階段一般設(shè)置一到兩個測風塔，設(shè)計單位在進行風機微觀選址時通過軟件推算每個機位的分布。由于山地風電場地形復雜，往往會會出現(xiàn)實際利用小時數(shù)遠低于設(shè)計利用小時數(shù)的機位或片區(qū)，嚴重降低發(fā)電企業(yè)收益。某省風電開發(fā)企業(yè)某山二期十萬千瓦風電場可研設(shè)計階段1～7號風機區(qū)域沒有測風塔，該企業(yè)召開了專門的風資源論證會，認為1～7號等區(qū)域風資源可能相對可研設(shè)計存在一定差異，有風速明顯低于設(shè)計的可能。經(jīng)會議確定對1～7號、13～15號、27～28號擬新布置風機等區(qū)域進行了補充測風。

根據(jù)新的補充測風數(shù)據(jù)，設(shè)計單位對可研進行了修編，確定了新的開發(fā)方案。確定1～7號區(qū)域風資源很差，利用小時不足500小時，該區(qū)域沒有開發(fā)價值；新增加東部片區(qū)12臺風機納入項目開發(fā)；4個機位風速相對較差，選用掃風面積更大的機型，增加利用小時數(shù)；27～28號區(qū)域風資源較好，符合原設(shè)計，予以保留。

1 某山地風電場補充測風分析

1.1 驗證性測風方案

本次研究中重點針對二期驗證性測風方案展開分析，測風地點分別為1#～3#、14#～16#、29#～30#：從2016.4.9日開始，選用聲雷達設(shè)備在海拔高度2328m的位置完成測風，用于驗證的機位為14#、15#、16#，驗證測風坐標點為東102°0'16.53"、北26°28'37.17"；從2016.4.22日開始選用激光雷達設(shè)備在海拔高度2052m的位置完成測風，用于驗證的機位為1#、2#，驗證測風坐標點為東101°59'6.09"、北26°30'37.15"；從2016.4.25日開始，選用80m高度測風塔設(shè)備在海拔高度1967m的位置完成測風，用于驗證的機位為29#、30#，驗證測風坐標點為東101°57'41.55"、北26°28'33.14"。

1.2 測風設(shè)備校驗

為保證測風雷達及測風塔所觀測數(shù)據(jù)的可靠性，瑞科科技選取9250#（原0340#）測風塔對雷達觀測結(jié)果進行校驗。進行校驗時主要應(yīng)用到了聲雷達設(shè)備、激光雷達兩項設(shè)備：聲雷達數(shù)據(jù)校驗結(jié)果。在2016.6.1812:00～2016.6.1900:00時間段內(nèi)偏差僅為0.8%，相關(guān)性為0.98，對應(yīng)的校驗風速為7.25；激光雷達數(shù)據(jù)校驗結(jié)果。在2016.6.1916:40～2016.6.2000:00時間段內(nèi)偏差僅為0.5%，相關(guān)性為0.99，對應(yīng)的校驗風速為5.44。

1.3 測風數(shù)據(jù)延長插補

通過分析各站點數(shù)據(jù)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，各驗證性測風站點與二期9250#（原0340#）的相關(guān)性較好。本次研究中經(jīng)技術(shù)人員分析得出，3個驗證性測風點的測風數(shù)據(jù)與9250#測風數(shù)據(jù)的相關(guān)性介于0.73～0.86之間，相關(guān)性尚可。因此將各驗證性測風點的短期測風數(shù)據(jù)延長插補至1完整年，使其滿足要求并輸入模型計算：9250#、9726#、Z1-激光雷達、Z2-聲雷達、Z3-7904#測風站點的附近驗證機位點分別為25#/34#/1#、2#/14#、15#、16#/29#、30#；同期風速（80m）分別為6.48/ 5.56/5.2/5.57/5.54；數(shù)據(jù)完整率分別為100%/ 100%/ 86%/93%/100%；相關(guān)性補充風速分別為7.14/5.2/5.0/5.9/5.9。

通過對測量內(nèi)容進行分析可發(fā)現(xiàn)，插補前后各測風站點的風速值相對趨勢較為一致，且插補前后各站點的主風向較為一致。值得注意的是，由于本風電項目進度的關(guān)系，本次驗證性測風的3個站點測風時間僅有1～2個月。驗證性測風數(shù)據(jù)再由2個月延長插補至1年時肯定會產(chǎn)生一定的誤差[1]。對此，技術(shù)方?jīng)Q定采用合理的相關(guān)性推算方法將短期測風結(jié)果“定性地”推算至一整年，并以此為依據(jù)對CFD風流模型進行了必要的準確性驗證。在軟件模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出軟件計算結(jié)果的可靠性及可能存在的風險，并可后續(xù)技術(shù)處理中在風險區(qū)域增補測風塔，降低計算誤差。

2 某山地風電場優(yōu)化微觀選址分析

2.1 當前微觀選址中前期問題及建議

據(jù)技術(shù)人員整理發(fā)現(xiàn)，當前某山地風電場在進行微觀選址前期階段仍存在一定的不足之處，導致實際的選址工作推進難度加大，對此下面就其存在的問題展開探討，并于后續(xù)給出了比較詳細的解決意見如下：

問題。項目區(qū)域地形非常復雜，擬選機位點海拔高差較大，風況差異也較大，已有測風塔主要位于主山梁上，側(cè)梁缺乏測風塔，導致軟件進行風資源計算時存在一定不確定性。

建議。在側(cè)梁上進行增補測風以降低計算誤差和風險：現(xiàn)場校驗0335#和0340#兩座測風塔并更換新的測風傳感器[2]；恢復6168#和7#兩座測風塔的運行，使其正常測風；在西側(cè)的側(cè)梁上建議增補Z1、Z2、Z3三座測風塔，東側(cè)的Z4作為選擇性的方案（如果該區(qū)域的機位取消即不用增補測風）[3]；北側(cè)的7904#測風塔可考慮遷移至需增補的區(qū)域繼續(xù)使用，以降低項目成本；仔細搜集和處理各測風塔的實測數(shù)據(jù)進行同期對比分析，盡可能插補至一個完整年，進行全場的“多塔綜合”計算以降低計算誤差。

2.2 優(yōu)化微觀選址具體處理措施

技術(shù)人員在某山地風電場進行實地處理微觀選址工作時，為進一步優(yōu)化整體選址工作質(zhì)量，主要執(zhí)行了如下工作內(nèi)容：

某風電場二期北部1#～7#機位從成風條件來看有較大風險，采用補立的7904#測風塔進行驗證很有必要。據(jù)此設(shè)計單位通過7904#測風塔分析，建議取消7個機位年平均風速小于4m/s[4]；設(shè)計單位在東部7#測風塔代表區(qū)域風選出51#～62#共12個機位，分析7#測風塔年平均風速約6.5m/s，該區(qū)域機位總體較好，可作為55#、56#微觀選址時重點落實的風能條件；建議對57#西北面山脊及53#北邊山脊進行分析研究和現(xiàn)場踏勘，可增加3～4個機位。

對西部位于山脊支脈的機位，由于與主山脊海拔相差較大，成風條件有差異。13#～15#、37#～43#及留給三期工程（約7個機位）的西南部山脊支脈，在無測風塔支撐的情況下存在一定風險[5]。13#機位西面山腳有一期工程正在建設(shè)的6個機位，該機位區(qū)域無測風塔，目前亦無法進行深入分析。因此建議補立測風塔進行分析研究。若未補立測風塔，應(yīng)在一期6個機位正常運行后進行深入分析，方能確定二期13#～15#、37#～43#及留給三期工程（約7個機位）的西南部山脊支脈是否可以采用。

對于22#～24#共3個機位，由于按0340#測風塔主導風向有背風現(xiàn)象存在，建議慎重考慮，微觀選址重點復核這3個機位處的風向；對于8#、9#機位，以微觀選址復核為準；0335#測風塔現(xiàn)位置存在微地形對成風條件的影響，建議移位測風，具體的移動距離及位置坐標點應(yīng)由測風塔廠家現(xiàn)場分析后確定。

3 效果呈現(xiàn)

項目按照新的可研方案進行實施，經(jīng)過兩年運行后評估，利用小時數(shù)從設(shè)計最初的1900多小時提升到2400～2600多小時，通過微觀選址優(yōu)化機位，該風電場避免了大量低效資產(chǎn)的產(chǎn)生，效益大幅提升50%以上。此結(jié)果充分表明，本次研究中所涉及的一系列補充測風及微觀選址工作開展十分有價值，值得在同類型山地風電場建設(shè)中推廣。

4 結(jié)語

山地風電場在選址施工前，首先需全面做好對應(yīng)的補充測風工作，不僅是為了充分保障風電場在投建運行時的工作效率，對于風電能源的轉(zhuǎn)化率提升也很有成效。此外在進行微觀選址之時，匹配的選址工作細節(jié)也必須加以關(guān)注，從而實現(xiàn)提升風資源開發(fā)率的同時，對于發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益增長也可起到促進作用。

表1 調(diào)整機位后典型風機實際發(fā)電小時數(shù)與設(shè)計對比統(tǒng)計表