测风塔在风电场风能资源评估中的重要性和代表性

杜 云，黎发贵，胡 荣，吕艳军

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

风能是清洁的、储量极为丰富的可再生能源。风力发电是新能源领域中技术成熟、具备规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，大力开发利用风能资源，对于调整能源结构、减少化石能源资源消耗、缓解能源和环境压力、促进节能减排、保护生态环境、促进经济社会可持续发展有着重要的意义。

近年来，随着世界各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注和重视，认为开发利用风能资源是减少空气污染、减少有害气体排放的有效措施之一，风能资源的开发利用得到了大力发展。而风能资源评估是风能资源开发利用的首要环节，也是风电场项目投资成败的关键。在我国，除了部分沿海和内陆的平原地区外，大部分风电场都处于地形复杂的山区，在复杂山区风电场进行准确的风能资源评估往往存在较大的困难。近年来，适用于复杂地形风能资源评估的软件主要有WT和WindSim软件，此软件以计算流体力学(CFD)为核心，可根据地形、粗糙度和热稳定度等参数的输入求解出风电场区域三维空间内任一点的风流及风资源情况[1]。但由于复杂山区风电场的风能形成原因和特征众多，采用WT或者WindSim软件进行风能资源模拟时，仍具有较大的不确定性和局限性。本文以2个典型复杂山区风电场为例，阐述测风塔在复杂山区风电场风能资源评估的重要性，并提出根据地形条件设立适当数量具有代表性的测风塔是提高复杂山区风电场风能资源评估准确性的有效措施。

1 风电场测风塔布设原则及步骤

在复杂山区风电场，测风塔的代表性是指测风塔处的风况所能代表区域范围的大小。由于地形较为复杂，测风塔处的风况能代表的区域范围往往有限，在场区只设立1座测风塔难以探索清楚场区的风资源分布情况，需要设立多座测风塔才能模拟出较为准确的风资源分布。为节约项目前期投资和提高风能资源评估的准确性，在设立测风塔前应仔细、综合考虑每个测风点的代表性；其布设宜参考以下原则和步骤，可有效提高测风塔的代表性。

1.1 风电场测风塔布设原则

(1)测风塔宜布设在山脊处，且宜在主风向的上风向位置，周边应开阔、无山体遮挡、无高大障碍物等[2]。

(2)测风塔不宜只布设在场区海拔高程最高处或最低处，宜选在场区海拔高程较高处[3]，对于开发范围较大的风电场，宜在风资源可能最好的地点和风资源可利用的下限区域均布设测风塔[4]。

(3)所选测风塔处的地形宜尽可能地与风电场大多数拟布机位点处的地形相似[5]。宜在山脉走向发生改变的山脊上以及在山脊周边环境发生改变的地方布设测风塔[4]；应避免在殊地形处(如狭管地形、迎风坡、背风坡、台升地形等)布设测风塔。

1.2 风电场测风塔布设步骤

(1)采用STRM地形图和中尺度风数据，通过专业的风能资源评估软件，对整个风电场范围进行风能资源模拟[6]。

(2)根据模拟的场区风能资源分布图和初步拟定的装机规模进行风电场风机点位的初步布置。

(3)根据风电场初步的风机点位布置和场区地形，对风电场场区进行分区，在每个分区区域内至少设立1座测风塔。在分区时应注意：同一分区内地形变化幅度应较小，同一分区内山脊走向应基本相同，分段的山脊不宜划分为同一分区[1]。

2 工程实例分析

贵州省内的风电场绝大多数属于复杂山区风电场，下面以2个典型的贵州复杂山区风电场为例，简要阐述测风塔在复杂山区风电场风能资源评估的重要性，以引起相关各方的足够重视。

2.1 A风电场

A风电场场区由多条东北-西南走向的山梁组成，场址面积约40 km2；场区冲沟、水系较发育，场区海拔高程在1 300～1 700 m之间，相对高差较大，地形较为复杂，是一个复杂的山区风电场。

在该风电场区域内，前期项目业主仅设立了1座测风塔(3号塔)，根据该测风塔的测风数据模拟出的整个场区的风能资源均较好。因山区风电场的复杂性，为降低工程投资风险，设计院建议业主单位在场区增补了3座测风塔。后期设计院根据场区4座测风塔的测风数据对场区进行风能资源复核，经复核发现，场区大部分区域的风能资源与前期成果差异较大，从前后风能资源分布图可看出，除原3号测风塔所在区域的风能资源相差不大外，其余区域的风能资源均存较大差异，尤以B区和D区的差异最大。由此可见，复杂山区风电场由于受地形影响，测风塔所能代表的区域范围十分有限；因此，若想较准确地弄清复杂山区风电场的风能资源分布，从而提高风能资源评估成果的可靠性，在风电场区域设立足够数量的测风塔进行测风是十分必要的。

表1 A风电场各测风塔高程及年平均风速

图1 A风电场测风塔位置示意

图2 A风电场风能资源模拟结果对比

2.2 B风电场

B风电场总体由2条山脊组成，外形像“人”字形，场址面积约15 km2，场区冲沟发育强烈，场区海拔高程在1 500 m～1 850 m之间，相对高差较大，地形较为复杂，也是一个复杂的山区风电场。

该风电场场区主导风向为SE，从地形和主导风向可初步判断场区中部靠西区域为风加速区域。在该风电场区域，前期业主单位仅在风加速区设立了1座测风塔(2号塔)，经测量，2号测风塔的风速较大，用该测风塔模拟出全场的风能资源较为丰富。由于山区风电场的复杂性，为降低工程投资风险，业主单位根据设计院和专家建议在场区增补了3座测风塔对场区进行加密测风并进行风能资源复核。其后，根据场区加密测风塔的测风数据进行了风能资源复核，经复核后发现，该风电场的风能资源分布与前期评估的成果差异非常大，2号测风塔1 km外的风能资源基本不可靠。由此可见，特殊地形区的测风塔不可作为代表性测风塔用于整个风电场的风能资源评估。

表2 B风电场各测风塔高程及年平均风速表

图3 B风电场测风塔位置示意

图4 B风电场风能资源模拟结果对比

3 结 语

本文通过对工程实例的分析可以看出，复杂山区风电场由于地形复杂，地形对风能资源的分布影响较大，测风塔的数量及其代表性是影响其风电场风能资源评估准确性的重要因素，决定着风能资源评估的准确性；同时，对于山区风电场，由于受地形影响，场区内各区域的成风条件存在较大差异，一些特殊地形(如狭管地形、迎风坡、背风坡、台升地形等)处的测风塔是无法反映其他区域风能资源状况的，特殊地形区的测风塔不宜作为风电场的代表性测风塔。因此，对于在复杂山区进行风电开发时，相关各方应高度重视测风塔对山区风电场风能资源评估的重要性，根据风电场地形条件，在风电场区域设立足够数量且具有代表性的测风塔是确保复杂山区风电场风能资源评估准确性的有效措施，也是确保项目投资成败的关键。