基于山脊線提取的山地風(fēng)電選址及自動(dòng)布機(jī)研究

彭 莉，仇 欣

(中國(guó)電建集團(tuán) 成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610072)

隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源日益受到眾多國(guó)家的重視。但建設(shè)合適的風(fēng)電場(chǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜而長(zhǎng)期的工程，其中，風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址是風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)的首要任務(wù)[1]，其直接決定了風(fēng)電場(chǎng)的投資與效益?？刂埔粋€(gè)場(chǎng)址經(jīng)濟(jì)潛力的主要因素之一是風(fēng)能資源，另外還要結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件、交通運(yùn)輸、生態(tài)環(huán)保、通信、土地價(jià)格、工程投資、接網(wǎng)條件要求等因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的綜合評(píng)價(jià)，最后確定最佳場(chǎng)址[2]。

中國(guó)整體風(fēng)能資源豐富，根據(jù)中國(guó)氣象局《中國(guó)風(fēng)能資源儲(chǔ)量估算》的研究成果，中國(guó)風(fēng)能資源豐富和較豐富的地區(qū)主要分布在兩個(gè)大帶里，分別是沿海及其島嶼地豐富帶和三北地區(qū)豐富帶，此外還有風(fēng)資源相對(duì)較好的內(nèi)陸風(fēng)能豐富地區(qū)。內(nèi)陸風(fēng)能資源較好的地區(qū)多在山區(qū)，風(fēng)機(jī)機(jī)位集中在山脊線附近。

目前對(duì)于山地風(fēng)場(chǎng)選址，鄧院昌等基于SRTM地形數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS軟件工具，提取了已建成風(fēng)電場(chǎng)的地形起伏度和坡度數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出了綜合地形起伏度和坡度兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)的地形適宜度參數(shù)[3]。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)交通條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析[4]，同時(shí)基于遙感圖像，獲取了中國(guó)已建成風(fēng)電場(chǎng)的土地利用數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)了分析，提出了土地利用評(píng)價(jià)方法[5]。劉超群基于GS和GIS技術(shù)，提出了一種綜合風(fēng)力因子、地形地貌(坡度、地形起伏)和土地利用類(lèi)型3種影響因子的山地風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址綜合適宜度評(píng)價(jià)方法[6]。仲煒等[7]總結(jié)了復(fù)雜地形區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)微觀選址方法，結(jié)合風(fēng)能資源數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析提取山脊線從而確定山頂點(diǎn)的方式進(jìn)行了選址分析。李楓[8]結(jié)合ArcGIS軟件的水文分析等工具進(jìn)行了山脊線的快速提取。

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)選址進(jìn)行了眾多研究，并取得了一定進(jìn)展，但仍沒(méi)有形成一種較為準(zhǔn)確和完整快速的數(shù)字化判定方法用于山地風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址。因此，本文提出一種基于山脊線提取的山地風(fēng)電選址及自動(dòng)布機(jī)方法，結(jié)合地理信息技術(shù)，以風(fēng)能資源數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，初選出山地風(fēng)電場(chǎng)范圍；利用空間分析工具進(jìn)行用地分析，剔除范圍內(nèi)不能用于場(chǎng)址建設(shè)的限制性因素，從而篩選出適宜的山區(qū)開(kāi)發(fā)用地。最后利用分水嶺特征進(jìn)行山脊線提取，并考慮設(shè)備選型、排布策略和風(fēng)能密度圖譜從而實(shí)現(xiàn)山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)排布。本文首先總結(jié)了風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址的一般方法；然后介紹了山地風(fēng)電性選址及自動(dòng)布機(jī)的方法；最后通過(guò)實(shí)例項(xiàng)目對(duì)該方法和流程的合理性和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址一般方法

1.1 基礎(chǔ)資料的收集與整編

基礎(chǔ)資料的收集與整編是風(fēng)電場(chǎng)宏觀規(guī)劃工作的基礎(chǔ)，通過(guò)資料的收集了解待規(guī)劃區(qū)域的基本情況，為后續(xù)規(guī)劃的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支撐?；A(chǔ)資料一般包括規(guī)劃區(qū)域各主管部門(mén)的法律、法規(guī)文件，規(guī)劃區(qū)域的規(guī)劃現(xiàn)狀，專(zhuān)項(xiàng)資料，普查資料，地形圖，地質(zhì)、交通、水文等資料。

1.2 風(fēng)能資源分析

風(fēng)能資源分析是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件中最基本的條件，準(zhǔn)確的風(fēng)能資源分析是機(jī)組選型和風(fēng)電機(jī)組布置的前提和基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的氣象站或測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，分析風(fēng)能資源在時(shí)間上和空間上的代表性以及資源儲(chǔ)量。對(duì)風(fēng)能資源中風(fēng)況分析，通過(guò)計(jì)算空氣密度、平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度、風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖、湍流強(qiáng)度、風(fēng)切變、50年一遇最大風(fēng)速等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)不同高度的風(fēng)速與風(fēng)功率密度對(duì)風(fēng)能資源劃分等級(jí)，共分7級(jí)，3級(jí)以上為優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源，見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)功率密度等級(jí)

1.3 場(chǎng)址選擇和開(kāi)發(fā)條件評(píng)估

首先根據(jù)區(qū)域測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)獲取風(fēng)能資源分布情況(年平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度分布圖)，找出具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的區(qū)域，初步選定風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址。

收集初選風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址附近的土地利用規(guī)劃、礦產(chǎn)資源分布、交通和城鎮(zhèn)現(xiàn)狀及規(guī)劃資料，分析規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址與土地利用規(guī)劃、礦產(chǎn)資源、交通和城鎮(zhèn)現(xiàn)狀及規(guī)劃的關(guān)系，確定初選風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是否受土地利用規(guī)劃、礦產(chǎn)資源、交通和城鎮(zhèn)現(xiàn)狀及規(guī)劃的限制，確定初選風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址范圍。

收集初選風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址附近的環(huán)境保護(hù)、文物保護(hù)、軍事保護(hù)、寺廟民俗等敏感區(qū)(點(diǎn))資料，分析該規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址內(nèi)是否可以興建風(fēng)電場(chǎng)，以及興建風(fēng)電場(chǎng)對(duì)敏感區(qū)(點(diǎn))的影響程度，確定該風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)是否受敏感區(qū)(點(diǎn))影響，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址范圍。

收集初選風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址附近的地質(zhì)資料、交通運(yùn)輸資料、電網(wǎng)接入資料和自然災(zāi)害資料，分析風(fēng)電場(chǎng)初選場(chǎng)址的地質(zhì)條件、交通運(yùn)輸條件、電網(wǎng)接入條件和自然災(zāi)害情況。規(guī)避可能出現(xiàn)滑坡、泥石流、洪水等不良地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域，盡可能優(yōu)先選擇交通條件相對(duì)較好的區(qū)域，優(yōu)先選擇電網(wǎng)接入條件相對(duì)較好的區(qū)域，最大限度地減少接入成本。

1.4 建設(shè)方案擬定

經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)發(fā)條件的分析，剔除不適合興建風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址，綜合分析比較后確定規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址。結(jié)合風(fēng)能資源、工程地質(zhì)、交通運(yùn)輸及施工安裝條件，以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在地形圖上擬定規(guī)劃各風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址范圍，確定場(chǎng)址范圍坐標(biāo)和面積。

根據(jù)區(qū)域可開(kāi)發(fā)風(fēng)電場(chǎng)資源條件、工程建設(shè)條件確定風(fēng)電場(chǎng)可開(kāi)發(fā)范圍，提出分期建設(shè)方案、各建設(shè)場(chǎng)址范圍坐標(biāo)和面積。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)對(duì)場(chǎng)址所在地區(qū)電力電量平衡計(jì)算對(duì)電網(wǎng)消納能力進(jìn)行分析，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件，提出風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模；對(duì)于離網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)擬供電區(qū)域主要負(fù)荷類(lèi)型、數(shù)量和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件，分析提出典型日負(fù)荷曲線、儲(chǔ)能配置方案和風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模。

裝機(jī)容量按照丘陵(起伏地形)按0.4萬(wàn)kW/km2估算；山地(復(fù)雜地形)按0.2萬(wàn)kW/km2估算?；蛘甙凑丈降?00 m一個(gè)機(jī)位布置，根據(jù)山脊的長(zhǎng)度估計(jì)機(jī)組臺(tái)數(shù)；平原風(fēng)電場(chǎng)按照行距5倍列距。

2 山地風(fēng)電選址及自動(dòng)布機(jī)

以風(fēng)能資源數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用空間分析工具篩選適宜的山區(qū)開(kāi)發(fā)用地，并基于山脊線提取實(shí)現(xiàn)山地風(fēng)電場(chǎng)的選址和自動(dòng)布機(jī)。具體流程如圖1所示。

圖1 山地風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址及自動(dòng)布機(jī)流程

2.1 風(fēng)能資源數(shù)據(jù)

在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃選址前，需要對(duì)原始測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的完整性、合理性、可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)缺測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)、對(duì)不合理數(shù)據(jù)進(jìn)行替換、并將測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)訂正到代表年。

通過(guò)風(fēng)能資源觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)域平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度及等級(jí)、主導(dǎo)風(fēng)向、平均風(fēng)速及風(fēng)功率密度年內(nèi)變化、平均風(fēng)速及風(fēng)功率密度日內(nèi)變化、風(fēng)頻分布、有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)、50年一遇最大風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、風(fēng)切變等指標(biāo)，確定出風(fēng)能資源較好區(qū)域的范圍為待規(guī)劃區(qū)域。

2.2 地形數(shù)據(jù)分析

在風(fēng)能資源較好的待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行地形數(shù)據(jù)分析。利用數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的坡度數(shù)據(jù)，進(jìn)行高程和坡度分析，按照地形分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)分出區(qū)域內(nèi)的平地與山地。平地區(qū)域采用行列矩陣式排布方式，山地區(qū)域多采用依山脊線的單列布置。

2.3 可用地分析

獲取場(chǎng)址周邊的水體、地質(zhì)、交通、環(huán)境保護(hù)區(qū)、土地利用、居民地、已建工程等不能用于場(chǎng)址建設(shè)的限制性因素?cái)?shù)據(jù)。風(fēng)機(jī)本身有噪聲等污染，還需與限制性因素保持一定的距離。因此以限制因素?cái)?shù)據(jù)為中心，以保持的距離為半徑生成限制性用地緩沖區(qū)域[9]，利用空間分析工具在待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)摳除限制性用地的緩沖面，得到風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的可利用范圍。

2.4 山脊線提取

山脊是由兩個(gè)坡向相反、坡度不一的斜坡相遇組合而成的條形脊?fàn)钛由斓耐剐蔚孛残螒B(tài)，山脊最高點(diǎn)連線即為山脊線[10]，由于其大體上沿分水嶺布設(shè)，也稱(chēng)為分水線，是重要的地形特征。通常山脊上的風(fēng)能資源比山體其他部位更為豐富，山地風(fēng)電場(chǎng)一般沿山脊線布置風(fēng)機(jī)。由于山脊線具有分水性特征，采用了類(lèi)似數(shù)字化河網(wǎng)提取的步驟實(shí)現(xiàn)山脊線提取，主要包含以下3個(gè)步驟：

1)累積流量計(jì)算。經(jīng)過(guò)填洼、流向計(jì)算和累積流量計(jì)算，獲得地形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的累計(jì)流量分布結(jié)果。

2)提取分水嶺邊界。按照山脊線一般為分水嶺邊界的特點(diǎn)，其無(wú)法形成匯流，在累積流量數(shù)據(jù)中表現(xiàn)為0值。提取數(shù)據(jù)中為0的所有值，即得到了分水嶺邊界。

3)生成山脊線。提取的分水嶺邊界為柵格數(shù)據(jù)，無(wú)法獲得長(zhǎng)度等屬性信息。將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，修正異常值后，計(jì)算長(zhǎng)度等屬性信息，即獲得了山脊線數(shù)據(jù)。

2.5 設(shè)備選型

根據(jù)待規(guī)劃區(qū)域的風(fēng)資源條件選取風(fēng)電機(jī)組，一套風(fēng)電機(jī)組設(shè)備主要包括機(jī)艙及發(fā)電機(jī)、輪轂、葉片、塔筒、變速箱等設(shè)備。發(fā)電機(jī)需要確定單機(jī)容量、場(chǎng)址空氣密度下的機(jī)組功率曲線、推力系數(shù)曲線；塔筒需要確定塔筒(含輪轂)總的高度；輪轂和葉片需要確定葉片長(zhǎng)度、輪轂直徑。以目前陸地風(fēng)電常用的2.5 MW風(fēng)電機(jī)組為例，其輪轂高度為90 m，葉片長(zhǎng)度為59.6 m，葉輪直徑為121 m。

2.6 風(fēng)機(jī)排布

2.6.1 排布基本策略

山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組主要根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向和地形走勢(shì)進(jìn)行單列布置，與主風(fēng)向垂直方向機(jī)組間距不小于2倍葉輪直徑，平行于主風(fēng)向方向機(jī)組間距不小于4倍葉輪直徑。

當(dāng)風(fēng)吹過(guò)風(fēng)機(jī)的葉片時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)吸收部分風(fēng)能，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)又會(huì)導(dǎo)致風(fēng)的湍動(dòng)能增加，產(chǎn)生氣流畸變、湍流，風(fēng)速突然減小的現(xiàn)象，即所謂的尾流效應(yīng)[11]。由于尾流的存在，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間必須保持一定的距離。但過(guò)小間距的會(huì)導(dǎo)致因風(fēng)向改變發(fā)生變槳時(shí)，相鄰風(fēng)機(jī)受尾流、湍流強(qiáng)度的影響程度加大，嚴(yán)重危及風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全，通常風(fēng)機(jī)之間的距離至少應(yīng)達(dá)到4倍風(fēng)輪直徑。

在陸地大氣穩(wěn)定的情況下，山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組依地形單列布置，能有效地減少尾流的影響。

2.6.2 風(fēng)能密度圖譜數(shù)據(jù)重采樣

風(fēng)能密度圖譜的空間分辨率并不統(tǒng)一，低分辨率的有9、3 km，高分辨的有400、250 m等。風(fēng)輪直徑也各不相同，有80、120 m等多種。導(dǎo)致利用風(fēng)能資源圖譜進(jìn)行排布時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的重采樣，以適應(yīng)不同風(fēng)輪尺寸，同時(shí)這個(gè)重采樣過(guò)程還是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，即同一個(gè)風(fēng)機(jī)采用不同分辨率的圖譜排布時(shí)需重新采樣，需考慮重采樣的效率。

重采樣是更改柵格數(shù)據(jù)集的空間分辨率并針對(duì)所有新像素計(jì)算聚合值或插值的方法。常用的重采樣方法有最鄰近法、眾數(shù)法、雙線性法、三次卷積法[12]。一般情況下風(fēng)資源圖譜的分辨率不會(huì)低于風(fēng)輪直徑，因此常用的是通過(guò)插值方法提高低分辨率數(shù)據(jù)的分辨率。

對(duì)于重采樣的新像元的大小以風(fēng)輪直徑為準(zhǔn)?？紤]到重采樣的執(zhí)行效率與風(fēng)能資源的分布特點(diǎn)，采用眾數(shù)算法采樣。眾數(shù)重采樣方法將在與輸出像元中心最接近的輸入空間中查找相應(yīng)的3×3像元，并使用3×3相鄰點(diǎn)的最常用值來(lái)確定像元的新值。與最鄰近法一樣，此方法主要用于離散數(shù)據(jù)；但與最鄰近法相比，眾數(shù)法通?？缮筛交慕Y(jié)果。在執(zhí)行過(guò)程中可適當(dāng)擴(kuò)大風(fēng)輪直徑使原始像元采樣個(gè)數(shù)為整數(shù)，如250 m分辨率的風(fēng)能資源圖譜，120 m的葉輪直徑，可將葉輪直徑擴(kuò)大為125 m，使得250 m的像元被重采樣為4個(gè)125 m的像元，這樣能盡量保持不引入新值的同時(shí)提高效率。

2.6.3 自動(dòng)布機(jī)過(guò)程

自動(dòng)排布過(guò)程以風(fēng)能密度圖譜為基礎(chǔ)，結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向、葉輪直徑、風(fēng)能密度利用最小值等參數(shù)，在區(qū)域范圍內(nèi)按照山地排布規(guī)則，開(kāi)展全場(chǎng)尋優(yōu)。從資源最優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始排布，逐步形成一個(gè)排布方案，依次再?gòu)馁Y源次優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始排布，以此類(lèi)推遍歷場(chǎng)址內(nèi)所有符合條件的點(diǎn)，生成多個(gè)排布方案。從所有的排布方案中選出裝機(jī)容量最大的方案或整場(chǎng)發(fā)電量最高的方案，并獲取對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)機(jī)位坐標(biāo)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)排布流程如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)自動(dòng)排布流程

考慮排布效率，設(shè)定風(fēng)能密度利用最小值能有效地減少整場(chǎng)排布方案的數(shù)量，并且在單次排布中也能減少步數(shù)。對(duì)于沒(méi)有精確圖譜(分辨率小于400 m)的山地風(fēng)電場(chǎng)，建議不參考圖譜排布，而使用按山脊線的規(guī)則排布方法，以提高排布的準(zhǔn)確性。

3 基于山脊線提取的山地風(fēng)電選址及自動(dòng)布機(jī)驗(yàn)證

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

普格甘天地二期風(fēng)電場(chǎng)常規(guī)區(qū)域位于四川省涼山州甘天地鄉(xiāng)、輝龍鄉(xiāng)和洛烏溝鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)102°41′37.7″～102°44′22.5″、北緯27°20′1″～27°25′49″之間。場(chǎng)址區(qū)由一條南北向山脊及其支脈組成，總山脊長(zhǎng)度約12 km，海拔在3 450～3 850 m，總面積約35 km2。山脊脊線較為連續(xù)，起伏不大，頂部較寬，局部較為陡峭，整體山勢(shì)較平緩。甘天地二期風(fēng)電場(chǎng)常規(guī)區(qū)建設(shè)規(guī)模82.5 MW，擬安裝單機(jī)容量為2 500 kW風(fēng)電機(jī)組33臺(tái)。

本次驗(yàn)證以《普格甘天地二期常規(guī)區(qū)域82.5 MW風(fēng)電場(chǎng)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》為參照，對(duì)規(guī)劃模型的風(fēng)能資源評(píng)估、風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃、自動(dòng)布機(jī)等功能進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 風(fēng)能資源評(píng)估

風(fēng)能資源評(píng)估使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于全球中尺度風(fēng)資源數(shù)據(jù)，模擬高度100 m。為保證評(píng)估的準(zhǔn)確性中尺度測(cè)風(fēng)點(diǎn)位的選擇與風(fēng)場(chǎng)內(nèi)3457#測(cè)風(fēng)塔位置相同。根據(jù)初設(shè)報(bào)告的描述，3457#測(cè)風(fēng)塔高80 m，位于風(fēng)場(chǎng)南邊山脊及北邊山脊上，有較好的代表性；數(shù)據(jù)完整性較好，選取測(cè)風(fēng)代表年為2018年。

1)風(fēng)速與風(fēng)功率月變化。比較中尺度與測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速與風(fēng)功率月變化，發(fā)現(xiàn)中尺度數(shù)據(jù)值偏小。但兩者風(fēng)速、風(fēng)功率密度的年內(nèi)變化基本一致，11月至次年3月風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大，4—10月的風(fēng)速、風(fēng)功率密度較小。

2)風(fēng)速與風(fēng)功率月變化。比較中尺度與測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速與風(fēng)功率日變化，發(fā)現(xiàn)中尺度數(shù)據(jù)值偏小。但兩者風(fēng)速、風(fēng)功率密度的日變化較小，10～12點(diǎn)相對(duì)風(fēng)較小。風(fēng)速、風(fēng)功率密度在3～6點(diǎn)、16～21點(diǎn)較大。

3)風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布。比較中尺度與測(cè)風(fēng)塔風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布，分布頻率形態(tài)基本相同。

4)風(fēng)向與風(fēng)能玫瑰圖。比較中尺度與測(cè)風(fēng)塔風(fēng)向與風(fēng)能玫瑰圖，其頻率分布基本相同。以西南西(WSW)、西南(SW)方向的風(fēng)速、風(fēng)能最大，頻次最高，盛行風(fēng)向穩(wěn)定。

3.3 風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃

從初設(shè)報(bào)告可知，甘天地二期風(fēng)電場(chǎng)主要位于四川省涼山州拖縣與普格縣的分界線兩側(cè)，地處布拖縣包谷坪鄉(xiāng)、龍?zhí)舵?zhèn)與普格縣甘天地鄉(xiāng)、輝龍鄉(xiāng)、洛烏溝鄉(xiāng)的中間地帶。場(chǎng)址區(qū)由一條南北向山脊及其支脈組成，總山脊長(zhǎng)度約12 km，海拔在3 450～3 850 m，總面積約30 km2。山脊脊線較為連續(xù)，起伏不大，頂部較寬，局部較為陡峭，整體山勢(shì)較平緩。

風(fēng)場(chǎng)為典型的山地風(fēng)電場(chǎng)，需在場(chǎng)址范圍內(nèi)提取山脊線用于風(fēng)機(jī)排布。利用山脊線分析模型，提取2 800 m高程以上地形的主山脊線，共計(jì)73 km。結(jié)合風(fēng)能資源圖譜，選取資源條件好、易于排布的一條南北向山脊及其支脈用于布機(jī)，總山脊長(zhǎng)度約30 km。

3.4 自動(dòng)布機(jī)

從初設(shè)報(bào)告可知，甘天地二期風(fēng)電場(chǎng)推薦使用WTG4機(jī)型作為設(shè)計(jì)方案。該方案機(jī)型單機(jī)容量2 500 kW，輪轂高度90 m，風(fēng)輪直徑121 m。

根據(jù)初設(shè)報(bào)告中風(fēng)電機(jī)組布置原則：按列距不低于3倍風(fēng)輪直徑、行距不低于5倍風(fēng)輪直徑考慮，在垂直于主風(fēng)能方向的山脊上，適當(dāng)?shù)乜s減機(jī)組的列距，列距暫縮短至2倍。本次布機(jī)列距采用250 m，行距采用600 m，主風(fēng)向西南西(WSW)，資源點(diǎn)選取300 W/m2以上，根據(jù)風(fēng)能資源圖譜采用自動(dòng)尋優(yōu)方式開(kāi)展布機(jī)，布機(jī)效果如圖3所示。圖中綠色圖標(biāo)代表系統(tǒng)自動(dòng)布機(jī)選取的點(diǎn)位，深藍(lán)色點(diǎn)代表初設(shè)報(bào)告中選取的實(shí)際機(jī)位?？梢?jiàn)，自動(dòng)布機(jī)選取的點(diǎn)位覆蓋了資源條件好的區(qū)域，與實(shí)際機(jī)位大部分重疊。存在偏差的原因是實(shí)際機(jī)位會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、植被覆蓋、電場(chǎng)容量、交通等條件優(yōu)選部分點(diǎn)位或人工優(yōu)化機(jī)位。

圖3 自動(dòng)布機(jī)與實(shí)際機(jī)位對(duì)比

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址的方法，以及針對(duì)山地風(fēng)電選址和自動(dòng)布機(jī)的研究，得到以下結(jié)論。

1)利用山脊線具有分水性特征，進(jìn)行累積流量計(jì)算和分水嶺邊界提取，可以獲得較為完整的山脊線數(shù)據(jù)。

2)對(duì)于沒(méi)有精確圖譜的山地風(fēng)電場(chǎng)，在風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)排布中，建議不參考圖譜排布，而使用按山脊線的規(guī)則排布方法，以提高排布的準(zhǔn)確性。

3)采用山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組排布策略，結(jié)合圖譜和山脊線成果進(jìn)行山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組排布能獲得較好的效果。