复杂地形条件下风电场风能资源评估研究－以西南某风电场为例

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

对于复杂地形条件下的风电场风能资源评估，不能只局限于对测风塔及气象站资料的评估。本文通过讲述复杂地形条件下风能资源评估基本流程，利用已有的测风塔资料和先进的流体力学软件，对风电场进行风能资源分布研究，为进一步合理开发风电场风能资源提供了有利的技术支持。

复杂地形；山地风电场；流体力学；风能资源评估

0 引言

目前，我国风电场风能资源评价遵循的有关标准主要包括《地面气象观测规范》（中央气象局，1979年）、《风力发电场项目可行性研究报告编制规范》（原电力工业部，1997年）、《风电场风能资源测量方法》（GB/T18709－2002）[1]、《风电场风能资源评估方法》（GB/T18710－2002）[2]、《风电场工程技术标准》（中国水电水利规划设计总院，2007年）等。以上相关标准只是针对场址内已有的测风塔资料，及结合附近区域气象站观测资料进行统计、分析及评估，通过单点（测风塔、气象站）数据分析结果来反映风电场场址区域内的风能资源分布[3]。以上分析结果在三北及平坦地形区域内会有一定的代表性，但随着目前风电场逐步向西南区域扩展，地形条件也越来越复杂，风能资源随着地形的变化会有很大的区别。现在我们对复杂地形场址区域内的风能资源评估，并不只能局限在对测风塔及气象站资料评估研究，而是要通过现有的资料及结合先进的流体力学软件来对整个风电场进行评估研究。通过以西南某风电场为例，来进一步说明复杂地形条件下的风能资源评估过程。

1 概述

风电场场址地形地貌属于山地丘陵，地形较为复杂，场址中心地理坐标约为东经111°20′12″，北纬24°42′05″，区域平均海拔在280m－870m之间，总体地势由北部白鸡岭逐步向南到蚊帐岭为峰点，再继续向南延伸至东冲岭、油麻岭时海拔逐渐走低，天堂岭向（西北—东南）两侧延成一条连绵的山脊，天堂岭向西北延至金子岭，达到峰点后地势逐渐走低，东南侧山脊也呈逐渐走低的趋势。从大区域地形走向上看，风电场所在区两侧地形高而中部地形较低，易形成“狭管效应”，构成南、北气流的“通道”，使得该区域以正北正南风为主，山脊走向风与主导风向的垂直使得该区域的风能得到更好的开发利用，如图1所示。风电场所在地区通公路、铁路，场内地形较平缓，场址内外不存在制约设备运输因素。

2 场址区域内测风数据概况

2.1 气象站资料

收集到气象站1981年－2010年历年年平均风速，如图2所示。气象站多年（1981年－2010年）年平均风速为2.50m/s，多年年际风速变幅在1.9m/s－3.1m/s之间，最大风速年为1983年（3.1m/s），最小风速年为1994年（1.9m/s）。从风速的年际变化上取5－10年为一段来分析，如图3所示。气象站近30年年平均风速为2.5m/s，近25年平均风速为2.4m/s，近20年平均风速为2.3m/s，近15年平均风速为2.3m/s，近10年平均风速为2.2m/s，近5年平均风速为2.3m/s。

2.2 测风塔资料

风电场场内立有主版号为10666#测风塔，塔高70m，海拔467m，地理坐标为 E 111 ° 20′17.1"，N 24 ° 42′17.9"；主版号为10940#，塔高70m，海拔645m，地理坐标为 E 111° 20′15.3"、N 24°41′1.8"。两塔海拔相差178m，如图4所示。

2.3 测风塔资料分析

10666＃、10940＃测风塔因地理位置不同，导致月平均风速也存在大小不等的差异。各测风塔80m高度月平均风速对比分析结果如表1所示，主导风向对比如表2所示。

从表1 可以看出，两测风塔80m 高度代表年平均风速分别为7.6m/s、5.3m/s，两座测风塔月平均风速总体变化趋势基本一致。

图1 风电场内外地形走向图

图2 气象站多年风速年际变化图

图3 气象站多年平均分段变化曲线图

从图4上分析各测风塔风速差异的原因，10940＃测风塔四周地形最开阔，位置海拔高，且处于南北风速通道上，风向上基本无阻挡。10666＃测风塔位置海拔较低，周围环境较复杂，其三面有环山，且距离较近，湍流较大，风速受峡谷风影响切变较大，如图5所示。

表2 两测风塔主导风向对比表

图4 风电场内10666#、10940#测风塔具体位置示意图

图5 气象站及测风塔不同高度风向玫瑰图

表1 两测风塔 80m 高度月平均风速对比表 单位：（m/s）

2.4 测风塔的选取

根据上述各测风塔不同风能指标分析，结合场内两塔具体地理位置、地形地貌具体因素发现：风电场地势南高北低， 10666#基准海拔467m，与10940#测风塔基准海拔（645m）相差178m，10666#测风塔地处局部山谷之中，受周围高海拔山脊影响，该塔与10940#测风塔两高度风向有所偏差，与大地形下的盛行风向偏差尤为明显。风速也受地形影响较明显（10666#与10940#测风塔70m高度同期风速相差约2.3m/s－3.3 m/s之间），两测风塔所测数据的差异与海拔高度、所处地理位置、周围环境等因素影响居多，同时考虑风电场可利用区域海拔在400m－800m之间，而10940#测风塔从所处地理位置、所测风速、风向上更具代表性。

综合考虑上述因素，为更合理评估场址风能资源分布，选择10940#测风塔实测数据进行风电场的风能资源评估，同时参考10666#测风塔实测数据进行验证分析。

3 场址区域内风能资源计算

根据风电场风能资源分析所确定的历时风速、风向系列资料，结合选定的风电机组机型功率曲线和风机布置方案，借助风能资源评估软件Meteodyn WT，进行风电场年发电量计算。通过WT软件，利用场内测风塔风数据，模拟出以场内中心点向外延伸8km为半径的资源分布。

由图6中的风速图例可以看出，风电场沿山脊机位点80m高年平均风速在5.8m/s－7.2m/s之间较为集中，与场内测风塔实测风速值较为吻合。

由图7风功率密度图例中得，风电场沿山脊机位点80m高年平均风功率密在328W/m2－435W/m2之间集中分布。

图6 风电场80m高度年平均风速分布图

图7 风电场80m高度年平均能量密度分布图

4 结论

以上是对复杂地形风电场风能资源评估的一个基本流程，通过以上分析，利用已有的测风塔资料和先进的流体力学软件进行风电场区域内的风能资源分布分析，为进一步合理开发风电场风能资源提供了有利的技术支持。对于复杂地形条件下的风电场风能资源的评估研究，不能只局限于对测风塔和气象站资料分析，还要与整个风电场的开发结合在一起，这样才能更加科学、客观地指导我们的设计工作。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18709-2002 风电场风能资源测量方法[S].北京:中国标准出版社,2002.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18710-2002风电场风能资源评估方法[S].北京:中国标准出版社,2002.

[3]宫靖远.风电场工程技术手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.

复杂地形条件下风电场风能资源评估研究－以西南某风电场为例

杨永辉

Wind Energy Resource Assessment Study of Complex Terrain- An Example of a Southwest Wind Farm

Yang Yonghui
(Shanghai Investigation Design & Research Institute, Shanghai 200434, China)

For wind energy resource assessment under complex terrain conditions of wind farm, it shouldn’t be only limited to the evaluation of tower and weather station data. Through describing the conditions under complex terrain wind energy resource assessment of basic processes, using the existing masts information and advanced fluid dynamics software, this paper studied wind energy resources distribution of wind farm and provided a favorable technical support.

complex terrain; mountain wind farm; fluid dynamics; wind energy resource assessment

TM614

A

1674-9219(2013)07-0104-04

2013-04-10。

杨永辉（1980-），男，工程师，硕士，长期从事风电场工程设计与研究工作。