高海拔山地风电场风能资源评估浅析
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摘要：高海拔山地风电场的典型特征决定了在风电场建设与平坦地形地区风电场有所不同。文章针对高海拔山地风电场论述了其宏观选址、风能资源评估技术等方面的重点及特点，总结了高海拔山地风电场宏观选址、风能资源评估应注意的问题。
关键词：高海拔；山地风电场；风能资源评估
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0106-03
1 高海拔山地风电场的特点
国内高海拔山地风电场主要分布在我国西南地区云、贵、川及地区，根据该地区大量工程实例统计分析，风电场的平均海拔在2500m以上，主要呈现以下特征：
（1）地形复杂，风能资源受地形的影响变化较大，山区气象站测风资料一般难以反映场地的资源情况。
（2）进场道路及场内道路条件差，现有道路条件基本无法满足风电场重大设备尤其是叶片的运输要求。
（3）风电场一般分布在西南的老少边穷的山区，经济基础差，距离负荷中心较远，电网较为薄弱，接入系统条件较差。
（4）风电场开发区域一般较小，基本属于分散式开发，很难形成大规模的风电基地。
（5）风电场不可避免地存在矿产压覆、自然保护区、风景名胜区等制约风电场开发的敏感对象。
因此，高海拔山地风电场的上述典型特征决定了在风电场宏观选址、资源评估、机型选择、微观选址方面与平坦地形地区风电场有所不同，笔者就风电场宏观选址、资源评价内容做一些探讨。
2 高海拔山地风电场宏观选址及测风塔选址
高海拔山地风电场地形地貌复杂多样，风速受地形的影响较大，如迎风面和背风面差距很大，即使同样位于迎风面的地方，因风速受地形加速，根据伯努利效应，山腰及山脊的风速差别都相当大，甚至相差2倍以上。高海拔山地风电场场址一般分布在山脊或者地势较高的地方，根据对高海拔山地风电场选址的总结及探讨，对高海拔山地风电场的宏观选址提出以下看法：
（1）室内研究。对区域的风能资源、地形地貌需要进行广泛的调查和分析。区域的风资源分布可综合区域大尺度的风资源分布图及相关气象机构的研究成果；风电场的地形、地貌的研究可通过地形图及高清影像图，尤其是要重点研究与地区气流主活动方向垂直或者夹角较大的连续突出的山脊。通过室内研究，可以初步确定地区风能资源开发的潜在区域。
（2）现场考察。现场考察是高海拔山地风电场选址的重点，主要考察以下五点：
①风能资源情况：因山区地区气象站设立地点基本位于山区的平坦地区，如平坝或者山谷，气象站实测风速一般较小，风电场潜在开发区域基本无观测资料，因此需通过现场考察等技术手段了解其可能的资源情况。主要考察地物的变化情况，包括地表物质的堆积、植物永久变形现象，尤其是植物的永久变形情况是判别当地风速高低和主风向的难能可贵的重要标志，应作为风电场选址的重要依据。
②进场和场内道路的情况。
③场址接入系统的情况。
④场址是否涉及矿产压覆，自然保护区、军事保护区等制约风电场开发的敏感因素及其分布范围。
⑤其他建设条件，如地质条件、施工用水、施工用电的来源等。
很多项目业主往往着重于现场风能资源的考察，而容易忽视②～④等关键因素，导致选址失败或项目与预期目标偏离。尤其是因素③、④往往决定了风电场的建设范围及规模。而因素②往往决定了风电机组的选型，并影响了风电场的建设成本，在高海拔山地风电场工程实例中，因本身进不去或者道路改扩建成本高而导致风电场选址失败的例子也时有发生。
（3）“开发范围初步确定及测风塔布设”，在收集现场资料后，确定风电场的初步开发范围，即有效开发区域。针对有效的风电场开发区域进行机位的初步排布，根据排布情况初步拟定测风塔设立方案。一般而言，高海拔山地风电场风速因受地形的影响变化较大，为准确反应山地风电场的风能资源分布情况，测风塔的站网控制密度不宜过稀，一般单个测风塔的控制范围以3～5km之间为宜，测风塔设立要有代表性，尽量布置在机群的中心位置，不能设立于风速分离区和粗糙度的过渡线区域。
总体而言，在高海拔山地风电场宏观选址方面，开发范围及开发规模的初步确定是关键，尤其要注意进场道路、接入系统及制约风电场开发的敏感因素的调查，所谓高海拔山地风电场开发实践中“兵马未动、粮草先行”中的粮草就是指进场道路及接入系统的调查与提前研究。
3 高海拔山地风电场的风能资源评价
高海拔山地风电场风能资源评价中，主要重视参证气象站的选择及数据订正等重点内容的分析：
3.1 参证气象站的选择
对参证气象站的选择一直存在一个误区，即选择距离风电场最近的气象站或者风电场所在行政区域的气象站为参证站。其实不然，参证气象站首先要求与风电场区域大气候环境一致，由于山区气象站一般设立于平坝或者山谷人口较为集中的区域，受经济活动的影响，气象站观测环境受人类活动影响较大，因此在选择参证站时应选多个备用站比较分析，宜选择与风电场大气候环境、主导风向与风电场主导风向基本一致，观测环境较为完整的气象站。因此对高海拔山地风电场所在区域而言，一个区域或者几个区域可以确定一个典型的代表性测站。
3.2 数据订正
因风电场测风有一定的随机性，数据订正的目标是把实测的一整年的代表年测风数据订正得到一套反映该风电场长期平均水平的风速代表性数据，以此保证后续发电量计算的准确性，为投资决策打好基础。现以西南某风电场（海拔高度2500～3200m）1号测风塔为例，对山地风电场的数据订正阐述笔者的看法：
风电场1号测风塔其代表年测风数据选择2011年11月1日0∶0～2012年10月31日23∶50一个完整年，数据均为验证处理后数据，参证气象站采用Q气象站。
3.2.1 长期站的风速变化情况分析：
Q气象站测风年平均风速为2.1m/s，多年平均风速为1.9m/s，测风年平均风速比多年平均风速大0.2m/s（百分比为10.5%），因此总体反映测风年度为大风年，且风速及发电量较大的月份气象站测风年与多年平均比最大值相差0.7m/s，因此有必要开展本风电场的数据订正工作。
3.2.2 代表年测风资料的数据订正。国标中在数据订正中推荐了分扇区相关及全范围相关两种方法。
（1）分扇区相关：
1号塔80m测风高度与气象站逐小时平均风速的分扇区相关见表1。
从分扇区相关来看，不同环境下各扇区相关系数起伏较大，但在盛行风方向上，相关系数相对较高，如SSW、SW、WSW扇区，相关系数在0.61以上，相关点距数累计达6106次，占总测次的70%，比重较大，风电场发电量主要集中在主扇区。因此本风电场的数据订正可采用相关系数较高的主扇区相关对占风能比重较大的主扇区数据进行订正，其它扇区可以忽略简化处理。
（2）全范围相关：
1号塔80m测风高度与气象站逐小时平均风速的全范围逐小时相关系数为0.602，见图2：
从全范围相关来看，测风塔80m高度逐小时风速与气象站10m高度逐小时风速相关系数达0.6以上，相关点距亦比较集中，在高海拔山地风电场工程中，该类相关关系可以直接应用于风电场的数据订正。
（3）不同相关数据订正结果对比及订正结果的选用：
根据上述不同相关关系进行数据订正，结果见表2。
从表2可以看出，分扇区相关订正结果相比全范围相关订正结果略小，基本两者无本质的差异。两者订正数值均为负值，反映了大小风年的变化情况。但分扇区相关订正主要考虑了风能较为集中的SSW/SW/WSW 3个扇区的大小风年差异，对各月而言，订正数值均为负值；全范围相关各月订正结果有正有负，订正幅度最大达10%左右，更加能反映大小风年各月的分配变化情况。结合长期参证站多年平均及测风年的各月数据对比来看，选择全范围逐小时相关订正的结果作为下序计算的依据更能准确地反映风电场的资源分布及能量指标。
对于高海拔山地风电场数据订正而言，很多勘测设计单位认为气象站风速与风场风速相关性差，不考虑数据订正，但其并未考虑在盛行风向上两者存在一定的必然联系或者本身参证站的选择就无代表性或订正时仅考虑风速年际的变化，并不考虑风速的月变化规律，从而影响了资源及能量指标计算成果的准确性，应引起重视。
4 结语
高海拔山地风电场因其典型的特点在风电场宏观选址、资源评价、机型选择、微观选址等方面还存在很多需要进行研究及探讨的课题，本文主要结合高海拔山地风电场的特点阐述了高海拔山地风电场宏观选址、资源评价分析方面应注意的问题及重点，并就这些问题提出了笔者的一些看法及探讨，旨在抛砖引玉，以求金言。
参考文献
[1] 洪祖兰.云南山区风电场选址的方法问题[J].云南水
力发电，2007，23（3）.