1、風(fēng)電場選址淺析沈潔1 易躍春2 賈殿斌3 左玥1（1.北京木聯(lián)能軟件技術(shù)有限公司, 北京 1000852.中國水電工程顧問集團公司，北京 100011;3.大唐吉林瑞豐發(fā)電有限公司，北京 130000）摘要：本文介紹了風(fēng)電場宏觀選址和微觀選址的方法。風(fēng)電場宏觀選址過程是從一個較大的地區(qū)，對氣象、地形、交通、聯(lián)網(wǎng)等多方面進行綜合考察后，選擇一個風(fēng)能資源豐富、有較好利用價值的小區(qū)域的過程。風(fēng)電場微觀選址是在宏觀選址中選定的小區(qū)域中優(yōu)化布置風(fēng)電機組，并考慮環(huán)境的影響，使發(fā)電量達到最大化。關(guān)鍵詞：風(fēng)能；交通；聯(lián)網(wǎng)；湍流；環(huán)境；選址中圖分類號：暫無 文獻標識碼：athe superficial anal

2、ysis on the site selection of wind farm shen jie1 yiyuechun2 jiadianbin3 zuo yue1(1.beijing millennium engineering software co. ltd , beijing 100085; 2. china hydropower engineering consulting group co., ltd., beijing 100011; 3. datang jilin ruifeng power generation co. ltd, beijing 130000)abstract:

3、 this paper introduced the technology of macro- and micro-site selection of the wind farm. the macro-site selection is choosing a useful land with good wind resource from a great scale, after the whole consideration in weather, terrain, traffic, grid connection and so on. the micro-site selection is

4、 locating the wind turbine on the selected wind farm to make sure the wind energy is the biggest. key words: wind power, traffic, grid connection, turbulence, environment, site selection1.引言能源是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前， 我國正處在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要時期，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，能源需求將持續(xù)增長，不斷滿足能源增長需要，構(gòu)筑清潔、安全、可靠的能源供應(yīng)體系是一項重要的任務(wù)。可再生

5、能源資源豐富，取之不盡，用之不竭，是符合可持續(xù)發(fā)展要求、有利于人與自然和諧發(fā)展的能源資源。開發(fā)利用可再生能源，既是解決當前能源供需矛盾的重要措施，也是解決未來能源問題的必然選擇?？稍偕茉粗饕L(fēng)能、核能、生物質(zhì)能、太陽能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿?。風(fēng)能的主要利用形式是風(fēng)電，風(fēng)電是目前技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源技術(shù)，已成為當今世界電力發(fā)展的潮流和趨勢。近年來，隨著風(fēng)電技術(shù)進步和國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持，我國風(fēng)電得到快速發(fā)展，并網(wǎng)風(fēng)電總裝機容量從2003年的52萬千瓦增長到2007年的602.87萬千瓦，年均增長率達到124.9%。特別是2007年，我國新增裝機容量336萬千

6、瓦，超過過去20年的總和，風(fēng)電累計裝機排名已位居世界第五。今后，國家將制定更加詳細、具體的全國風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)籌安排風(fēng)電場項目建設(shè)布局，指導(dǎo)全國風(fēng)電發(fā)展，全面提高我國風(fēng)電設(shè)計、制造和建設(shè)水平。同時，協(xié)調(diào)國家電網(wǎng)公司按照“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的思路，做好大型風(fēng)電基地輸電規(guī)劃，加強接入電網(wǎng)能力研究和送出工程建設(shè)，為全國風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展提供上網(wǎng)服務(wù)；將進一步制定鼓勵和扶持風(fēng)電發(fā)展的政策措施，把風(fēng)電開發(fā)建設(shè)與培育風(fēng)電產(chǎn)業(yè)體系緊密結(jié)合起來，通過大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)和建設(shè)，促進風(fēng)電技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，降低風(fēng)電成本，增強風(fēng)電市場競爭力。然而要建立一個風(fēng)電場，首要的就是風(fēng)電場選址。國內(nèi)外的經(jīng)驗教訓(xùn)表明，由于風(fēng)電場

7、選址的失誤將造成發(fā)電量損失和運行維護費用增加，影響項目整體效益，風(fēng)電場選址對風(fēng)電場建設(shè)是至關(guān)重要的。風(fēng)電場選址分為宏觀選址和微觀選址。風(fēng)電場宏觀選址過程是從一個較大的地區(qū)，通過對資源、地形、交通、聯(lián)網(wǎng)條件等多方面進行綜合比較后，選擇一個風(fēng)能資源豐富、有較好利用價值的小區(qū)域的過程。微觀選址是在宏觀選址確定的小區(qū)域中優(yōu)化布置風(fēng)電機組，使風(fēng)電場發(fā)電量達到最優(yōu)。2.風(fēng)電場宏觀選址 風(fēng)電場宏觀選址過程是從一個較大的地區(qū)，通過對資源、地形、交通、聯(lián)網(wǎng)條件等多方面進行綜合考察后，選擇一個風(fēng)能資源豐富、具有開發(fā)價值的小區(qū)域的過程。2.1 風(fēng)能資源建設(shè)風(fēng)電場最基本、最重的的條件是要有較為豐富的風(fēng)能資源。區(qū)域的初

8、步甄選是根據(jù)已有的風(fēng)能資源分布圖及其它有關(guān)風(fēng)能資源評估成果，從一個相對較大的區(qū)域中篩選較好的風(fēng)能資源區(qū)域，并結(jié)合現(xiàn)場踏勘，調(diào)研了解地形地貌、現(xiàn)場加密測風(fēng)資料以及樹木變形等標志物，在五萬分之一地形圖上確定具有風(fēng)電開發(fā)價值的場址范圍。一般來說，風(fēng)功率密度等級達到3級及以上的區(qū)域具備風(fēng)電開發(fā)價值。2.2 地質(zhì)條件應(yīng)盡量選擇地震烈度小，地質(zhì)災(zāi)害少，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的場址。作為風(fēng)電機組基礎(chǔ)持力層的巖層或土層應(yīng)厚度較大、變化較小、土質(zhì)均勻、承載力能滿足風(fēng)電機組基礎(chǔ)的要求。2.3 極端天氣條件以前，在設(shè)計風(fēng)電場的時候，對極端天氣氣候的影響研究不多，例如東南沿海的臺風(fēng)究竟有多強，會對風(fēng)電場造成多大的

9、影響，現(xiàn)在這些問題卻成為風(fēng)能資源開發(fā)必須首先研究的關(guān)鍵問題。另外，應(yīng)重點考慮極端天氣或氣象災(zāi)害的影響，如強沙塵暴、臺風(fēng)、低溫、雷擊、積冰等。在選址時盡量避免這些災(zāi)害天氣頻發(fā)的地區(qū)，實在無法避開時，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮極端天氣條件的影響，將危害減到最小。2.4 交通運輸和施工安裝條件要考慮所選風(fēng)電場交通運輸情況，設(shè)備供應(yīng)運輸是否便利，運輸路段及橋梁的承載力是否適合風(fēng)力發(fā)電機組運輸要求等。風(fēng)電場的交通方便與否，將影響風(fēng)電場建設(shè)和投資。1) 對外交通：風(fēng)能資源豐富的地區(qū)一般在比較偏遠的地區(qū)，如山脊、戈壁灘、草原、海灘和海島等，部分場址需要拓寬現(xiàn)有道路并新修部分進場道路以滿足設(shè)備的運輸。在風(fēng)電場選址時，

10、應(yīng)了解候選風(fēng)電場周圍交通運輸情況，對風(fēng)況相似的場址，盡量選擇那些離現(xiàn)有公路較近，對外交通方便的場址，以利于減少配套道路的投資。2) 施工安裝條件：收集候選場址周圍地形圖，分析地形情況。地形復(fù)雜，不利于設(shè)備的運輸、安裝和管理，裝機規(guī)模也受到限制，難以實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，場內(nèi)交通道路投資相對也大。場址選擇時在主風(fēng)向上要求盡可能開闊、寬敞，障礙物盡量少、粗糙度低，對風(fēng)速影響小。另外，應(yīng)選擇地形比較簡單，以利用大規(guī)模開發(fā)及設(shè)備的運輸、安裝和管理。2.5 聯(lián)網(wǎng)條件場址選擇應(yīng)盡量靠近合適電壓等級的變電站或電網(wǎng)，從而減少輸電線路損耗及投資，同時還應(yīng)考慮電網(wǎng)現(xiàn)有容量、結(jié)構(gòu)及其可容納的最大容量。風(fēng)能資源的不確定性和風(fēng)

11、電機組本身的運行特性使風(fēng)電機組的輸出功率具有隨機性，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波以及周期性電壓脈動等。隨著風(fēng)電機組單機容量和風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模的不斷增大，風(fēng)電場并網(wǎng)運行對電網(wǎng)將產(chǎn)生一定的影響，在規(guī)劃風(fēng)電場時，需要考慮電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，加強電網(wǎng)對風(fēng)電接網(wǎng)能力的研究。2.6 環(huán)境影響風(fēng)電場選址時應(yīng)注意與附近居民、工廠、企事業(yè)單位（點）保持適當距離，盡量減小噪音污染；應(yīng)避開自然保護區(qū)、珍稀動植物地區(qū)以及候鳥保護區(qū)和候鳥遷徙路徑等。另外，候選風(fēng)電場場址內(nèi)樹木應(yīng)盡量少，以便在建設(shè)和施工過程中少砍伐樹木。2.7 裝機規(guī)模為了降低風(fēng)電場造價，風(fēng)電場工程投資中，對外交通以及送出工程等

12、配套工程投資所占比例不宜太大。在風(fēng)電場規(guī)劃選址時，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場地形條件及風(fēng)況特征，初步擬定風(fēng)電場規(guī)劃裝機規(guī)模, 布置擬安裝的風(fēng)電機組位置。風(fēng)電場選址時應(yīng)盡量選擇那些具有較大裝機規(guī)模的場址，形成規(guī)模效益。2.8 其它風(fēng)電場工程建設(shè)用地應(yīng)本著節(jié)約和集約利用土地的原則，盡量使用未利用土地，少占或不占耕地，并盡量避開省級以上政府部門依法批準的需要特殊保護的區(qū)域。場址不壓覆已查明的重要礦產(chǎn)資源，不涉及采礦權(quán)、探礦權(quán)設(shè)置單元；不涉及自然保護區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)、軍事用地和設(shè)施。3.微觀選址微觀選址是在選定的場址中，綜合考慮資源、地形地貌條件，優(yōu)化布置風(fēng)電機組，使整個風(fēng)電場發(fā)電量最優(yōu)。在風(fēng)電場布置風(fēng)電機組時，一般

13、結(jié)合微觀選址專業(yè)軟件，并根據(jù)實際施工安裝條件來布置。目前，國內(nèi)尚沒有成型的微觀選址軟件，如果一直依賴國外的軟件，難以反應(yīng)中國風(fēng)電場的實際情況，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將受制于人。有鑒于此，北京木聯(lián)能軟件技術(shù)有限公司和中國水電工程顧問集團公司正在聯(lián)合開發(fā)微觀選址軟件風(fēng)電場工程特性分析與微觀選址軟件，即將開發(fā)完成，其優(yōu)化方法如下：圖1 風(fēng)電場微觀選址流程圖在設(shè)定的場址范圍內(nèi)，先把風(fēng)電機組放在風(fēng)能資源最高的地方，然后考慮風(fēng)能資源次之的地方，同時考慮相關(guān)約束，計算每臺風(fēng)電機組的無尾流發(fā)電量和尾流大小，計算完成后，開始判斷地形，用以決定是否對風(fēng)電機組的排布進行發(fā)散性布機實驗：如果是平坦地形，在進行資源情況排布后進行發(fā)散

14、性布機，如果認為是復(fù)雜地形，則仍根據(jù)風(fēng)能資源格點排布的情況進行多次優(yōu)化。如果尾流的增長比例大于無尾流發(fā)電量的增長比例，那么認為是優(yōu)化無效的，發(fā)電量不增加；如果尾流的增長比例小于無尾流發(fā)電量的增長比例，那么發(fā)電量增加。微觀選址的相關(guān)約束將在下面一一介紹。3.1 地形風(fēng)電機組安裝位置地面坡度可能會對風(fēng)電機組的吊裝和風(fēng)電機組發(fā)電性能產(chǎn)生重要的影響。因此一般要對風(fēng)電機組安裝處的最大地面坡度進行控制。3.2 粗糙度依地形條件，粗糙度依不同地形層次可以分為若干等級，在一定距離內(nèi)，地表面越復(fù)雜，或粗糙度變化層次越多，則粗糙度越大，對風(fēng)的影響就越大。反之地表越簡單，或粗糙度變化層次越少，則粗糙度就越小，對風(fēng)的

15、影響就越小。風(fēng)力發(fā)電機組選址時，要考慮因地面粗糙度引起的風(fēng)速廓線，當風(fēng)垂直切變特別大時，對風(fēng)力發(fā)電機組運行十分不利。3.3 障礙物地面障礙物如建筑物、防風(fēng)帶等對風(fēng)速、風(fēng)向產(chǎn)生的衰減影響與障礙物到測風(fēng)點的距離以及障礙物和測風(fēng)點的高度有密切關(guān)系。在布機時，應(yīng)避開障礙物的地方。如果一定要在該地布機，則風(fēng)力發(fā)電機組安裝高度至少應(yīng)高出地面2倍障礙物高度。如果風(fēng)力發(fā)電機組安裝地點在障礙物的上風(fēng)方向，也應(yīng)距障礙物有25倍障礙物高度的距離。如果風(fēng)力發(fā)電機組前有較多的障礙物時，平均風(fēng)速由于障礙物的多少和大小而相應(yīng)變化，此時地面影響必須嚴格考慮，如通過修正地面粗糙度等。3.4 最小間距風(fēng)力發(fā)電機組排列方式主要與風(fēng)

16、向及風(fēng)力發(fā)電機組數(shù)量、場地實際情況有關(guān)。應(yīng)根據(jù)當?shù)氐膯我皇⑿酗L(fēng)向或多風(fēng)向，決定風(fēng)力發(fā)電機組是矩陣式排布還是圓形或方形分布。合理地排列風(fēng)力發(fā)電機組之間的距離是風(fēng)電場設(shè)計時需要重點考慮的問題。如果排列過密，風(fēng)力發(fā)電機組間的尾流影響將大幅度地降低排列效率，減少年發(fā)電量，并且產(chǎn)生的強紊流將會造成機組振動，惡化受力狀態(tài)；反之，如果排列過疏，不但發(fā)電量增加很少，而且增加了道路、電纜等投資費用及土地占用費。按標準要求，無論何種方式的排列，應(yīng)保證風(fēng)力發(fā)電機組相互干擾最小化。3.5 湍流湍流很大程度上取決于環(huán)境的粗糙度、地層穩(wěn)定性和障礙物。它有兩種不利的影響，減少輸出的功率和引起風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的震動和荷載的不均勻

17、，最終使發(fā)電機組受到破壞。因此在選址時，要盡量使風(fēng)力發(fā)電機組避開粗糙的地表面或高大的建筑障礙物。3.6 環(huán)境 在優(yōu)化時，可以考慮風(fēng)電機組對特定位置的噪音影響和視覺影響。根據(jù)限定特定位置可見風(fēng)電機組數(shù)或容忍最大噪音分貝來優(yōu)化布機。3.7 小結(jié)在上述約束條件中，最小間距對風(fēng)電機組尾流影響特別大，所以在優(yōu)化時必須考慮，其他約束條件可以根據(jù)用戶需要自己設(shè)定。4.總結(jié)在建設(shè)風(fēng)電場之前，需要對風(fēng)電場進行宏觀和微觀選址，只有事前做好充分的規(guī)劃和準備，才能將損失減到最小，效益達到最大。5.建議5.1 加強風(fēng)能資源詳查和評估水平風(fēng)能資源是風(fēng)電場建設(shè)的基礎(chǔ)，風(fēng)能決定著發(fā)電量，發(fā)電量決定經(jīng)濟效益。因此，必須加強風(fēng)能

18、資源詳查和評估水平。建議建立精確的風(fēng)能分布模型，并根據(jù)風(fēng)場實際地形考慮障礙物粗糙度，得到整個風(fēng)電場的風(fēng)資源分布情況。5.2 加強我國宏觀和微觀選址軟件的開發(fā)如今國外已有一些進行風(fēng)電場微觀選址的軟件，如英國garrad hassan公司開發(fā)的gh windfarmer軟件，以及丹麥emd公司設(shè)計windpro軟件，是目前較流行的風(fēng)電場設(shè)計及優(yōu)化軟件, 其功能較強大。但是國外的地形跟我國的地形不一樣，國外地形簡單，我國地形復(fù)雜，這樣用國外軟件進行計算誤差會比較大；而且國外軟件價格昂貴，在售后服務(wù)方面也難以及時跟上，所以亟待開發(fā)國內(nèi)的選址軟件。北京木聯(lián)能軟件技術(shù)有限公司和中國水電工程顧問集團公司聯(lián)合開發(fā)的宏觀選址軟件風(fēng)電場風(fēng)能資源經(jīng)濟可開發(fā)量評估軟