风电场微观选址工作的探讨

Vol .30　No .3　　　2008年3月Huadian Technol ogy

Mar .2008　

　・新能源・

风电场微观选址工作的探讨

Study on m icr o sitting of w ind far m

白绍桐,胡晓春,陈显扬,葛文刚

BA I Shao 2t ong,HU Xiao 2chun,CHEN Xian 2yang,GE W en 2gang

(中国华电工程(集团)有限公司,北京　100044)

(China Huadian Engineering Cor porati on L i m ited,Beijing 100044,China )

摘　要:风电场选址工作包括宏观选址和微观选址,是风电场建设的基础性工作。宏观选址工作在前期规划阶段进行,结合当地气象站的资料进行风资源评估,同时考虑电网、交通、地质等条件;微观选址工作主要在设计阶段进行,根据风电场风资源分布图,同时结合各项条件确认每台风机的机位,满足业主和相关部门的各项要求,使整个风场具有较好的经济效益。以某市沿海风电场的选址为例,介绍了风电场的选址过程,给出了风电场选址的一些具体建议。

关键词:风电场选址;微观选址;风资源分布图;风电机组布置;噪声计算

中图分类号:TK 80　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1674-1951(2008)03-0073-04

Abstract:The wind far m sitting is the p ri m ary work in the constructi on of wind -electric power p lant,it includes macr o and m icr o sitting .Macr o sitting is the maj or work at the stage of p r ophase p lanning which need t o evaluate the wind energy res ource by using the data collected fr om l ocal weather stati ons and consider the power net w ork,trans 2portati on,geol ogy etc .W hile m icr o sitting is the main work at the stage of design,at this stage the site of every unit will be fixed according t o the distributi on map of wind energy res ource and correlative restrictive conditi ons s o that the demand of the client and the relevant depart m ents can be satisfied and the better econom ic and s ocial benefit of the wind far m can be gained .I n this paper the sitting p r ocess was intr oduced and the suggesti ons were p r oposed

based on one coastal wind far m.

Key words:wind far m sitting;m icr o -sitting;distributi on map of wind energy res ource;unit layout;noise calcula 2ti on

收稿日期:2008-01-15

　　风电场选址需综合考虑资源、经济、电网、交通、

地质等多方面的因素,有前期规划阶段的宏观选址和施工图阶段的微观选址2个阶段。随着风电场开发建设的增加,碰到的场址类型越来越多,也越来越复杂。为总结选址经验、提高选址效率,本文就沿海某市风电项目选址过程中涉及的情况进行探讨。

按业主与某市达成的协议,在该市进行200MW 风电场(含100MW 远期海上风电)选址,初步规划在该市西侧海边。整个场址属海边滩涂地形,已有30年以上的防护林,整个规划范围内有村庄、养殖场和耕地几类障碍物。当地气象站的主导风向为南西南(SS W )和南(S )。风电场可选范围的

电网和交通状况如图1所示,变电站1、变电站2的

可接入容量分别为50MV ・A 和100MV ・A

。

图1　风电场可选范围的电网和交通状况

1　宏观选址

风电场宏观选址过程是对一个较大地区的气象

条件、风能、湍流、电网、交通、地质、周围环境等多种

因素和条件进行综合考察后,选择出一个风能资源

丰富、且最有利用价值的小区域的过程。在前期规

划选址阶段主要考虑以下6种因素[1]。

(1)风能质量。影响风能质量的因素有年平均

风速、平均风功率密度、风频分布、有效风速可利用

小时数、风向稳定等[2]。

平均风功率密度公式为

w=1

2

ρc3Γ(3

k

+1),(1)

式中,ρ为空气密度;k和c为威希尔分布参数:k为形状参数,c为尺度参数。

估计威布尔分布参数的方法有多种,本文采用最小二乘法估计威布尔分布参数。将观测到的风速出现范围划分成n个风速间隔v

i

(i=1,2,…,n),统

计每个间隔中风速观测值出现的频率f

1

,f2,…,f n,

计算累积频率p

1

=f1,p2=p1+f2,…,p n=p n-1+f n,取变换

x i=ln v i,

y i=ln[-ln(1-p i)]。

　　并令

a=-k ln c,

b=k。

　　根据式(1)和上述观测值,可得到a,b的最小二乘估计值

a=∑x2i∑y i-∑x i∑x i y i n∑x2i-(∑x i)2

,

b=-∑x i∑y i+n∑x i y i n∑x2i-(∑x i)2

。

　　进而得到平均风功率密度公式中c,k的值

c=exp-a

b

,

k=b。

　　有效风速可利用小时数

t=N exp-v1

c

k

-exp-

v2

c

k

,

式中,N为统计时段的总时间,h;v

1

为风电机组的切

入风速,m/s;v

2

为风电机组的切出风速,m/s。

(2)湍流强度。风是随机的,并受场地表面粗糙度和附近障碍物的影响,由此产生的无规则湍流会给风电机组及其出力带来无法预计的危害,例如,减少可利用的风能、缩短风电机组的寿命,严重时使叶片及部分部件受到不应有的毁坏等。因此,在选址时要尽量使风电机组避开粗糙的地表面和高大的建筑障碍物。若条件允许,风电机组的轮毂高度应高出附近障碍物至少8m,距障碍物的距离应为障碍物高度的5～10倍。

(3)电网。根据拟接入电网的现有容量、结构及其可容纳的最大容量,考虑风电场的建设规模与电网是否匹配等问题,风电场应尽可能接近电网,以减少电能损耗和送出工程的费用。

(4)交通。要考虑拟建风电场的设备供应和主要建筑材料运输是否便利,运输路线及桥梁涵洞是否适合风电机组运输等情况。

(5)周围环境。风电场的建设一般会对飞禽及鸟类正常生活和迁徙有影响,为了保护生态,在选址时应尽量避开鸟类飞行路线、候鸟及动物栖息地等,尽量不占用耕地和少占用植被。风电场的建设还需要考虑噪声的影响,国家有关规范要求风电机组距居民区的最小距离应使居民区的噪声小于45

dB。

(6)地质情况。风电场选址时需要考虑场地的地质情况,参考场地的地质构造图、勘察报告等。

经过现场考察和综合比较后,选择了图2中框线内的区域作为风电场规划范围,并在图中测风塔位置竖立了2座高70m的测风塔。

图2　风电场宏观选址结果

根据测风阶段风电场的实测数据,采用上述公式及相关计算程序,计算得出该区域平均风功率密度为447W/m2(高70m处);威布尔分布参数c为7.36,k为1.96;有效风速(3～25m/s)可利用小时数为7431h。

综合以上选址因素可得出以下7点结论。

(1)风力资源。风电场风能资源等级达到3级标准,可用于并网型风力发电。

(2)湍流强度。通过计算可知,风电场湍流强度为0.126,湍流强度较小。

(3)电网。场址在近期规划装机100MW,距电网接入点距离近,即使远期规划海上风场也可满足上网需求,且输电距离较近。

(4)交通。场址附近有县道,现有交通可直达风

　第3期胡晓春,等:风电场微观选址工作的探讨・75・　

电场门口。如选择其他位置,需进行道路扩宽或平整,势必增加投资。

(5)周围环境。由于耕地、养殖场、耕地、防海林在整个海岸沿线均存在,防海林由于消防通道的原因,相隔不远均有可利用的空地,且有消防通道可到达,因此,该阶段未重点考虑此类因素的影响。

(6)地质情况。地质资料表明,当地地质情况随距离海岸线远近的不同而不同,风电场I 区为液化区,II 区为轻微-无液化区,施工阶段需根据地质情况采用不同的方式进行地基基础设计。

(7)所选位置受海潮产生的风力影响较为明显,沿整个海岸线有高速和国道可满足设备的运输条件,最后选择在县道附近,在交通方面更具优势。

2　风电场微观选址工作

微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确定

风力发电机组的布置位置,以便使整个风电场具有更好的经济效益的过程。风电场微观选址是风电场设计阶段的主要工作,它涉及的因素较多,主要有风电场土地的性质、周围村庄和建筑物的分布、当地环境部门的要求等。在充分考虑这些因素的情况下,结合风电场风资源分布图进行优化选址,在初步选址之后进行现场勘探定点,并确定最终布局。2.1　风电场风资源情况分析

根据风电场至少1年的现场测风数据、当地气象站的多年观测数据及风电场数字化地形图等进行风资源分析计算,获得风电场风资源分布图如图3、图4所示

。

图3　风电场年平均风速分布图

2.2　风电场风电机组布置

由图3和图4可看出风电场风资源的分布情

况,使用该图可以进行风电机组的布局。该风电场西北靠大海,西、北两侧为海边滩涂地,南面为村庄

,

图4　风电场风功率密度分布图

场地平坦开阔,地势大致北高南低,地面高程为2～7m;风电场场区东西长约5.5k m ,南北宽约2k m ,交通便利;地貌成因类型为海积-冲积平原。风电场盛行风向为南西南风向,结合地形和地面建筑物的,按照梅花型的布置方式对风电机组进行初步布置,具体布置图如图5所示。在图5的基础上进行现场勘探和调整,对每个机位进行现场确认,经过4次现场勘探和调整,最终确认的布置图如图6所示

。

　・76・华电技术第30卷　

该布置方案满足了业主各个方面的要求,单机平均发电量达到239k W ・h,年等效满负荷小时达到1912h,具有很好的经济和社会效益。2.3　风电场噪音分布计算

在靠近居民区的地方安装风电机组的最大问题是噪声干扰。这种噪声包括机械噪声和空气动力学噪声,其中空气动力学噪声是风速的函数。分析结果表明,叶片直径小于20m 的风电机组产生的噪声主要是机械噪声,叶片直径更大一些的风电机组产

生的噪声主要是空气动力学噪声[3]

。在风电机组布局过程中应充分考虑其对居民区和养殖场的噪声影响,根据调整后的布局采用windfar mer 软件的噪

声模块对风电场进行噪声计算,结果如图7所示。调整布局后,风电机组的噪声分布满足了当地环保部门、居民及养殖户的要求。

3　设计中遇到的问题和建议

(1)项目设计过程中,因地表树木较多,且不同

区域的树木因年代不同,高度差异较大,技术人员掌握的现有技术和设备对整个树林的障碍物状况无法进行充分的了解,故树林对风湍流强度的影响系数取值不够精确,从而使湍流强度计算结果的准确程度不高。

(2)为减少树林对风电机组设备的影响,在进

图7　风电场噪声分布图

行设备选型时,从发电量和保护设备整体考虑,选用塔筒较高的风机机型,以避免湍流强度的影响。

(3)坟墓对选址的影响。场址内存在多处集中的坟墓埋葬区,因地形图无标识,初期规划时未考虑,在施工阶段给整个风机选址和集电线路设计造成较大麻烦。

截至2007年底,该项目一期工程已并网发电,计划在运行一段时间后对该项目进行后评价工作,以便对该项目的微观选址工作进行再验证。参考文献:

[1]宫靖远.风电场工程技术手册[M ].北京:机械工业出版

社,2004.

[2]朱瑞兆.中国太阳能风能资源及其利用[M ].北京:气象

出版社,1988.

[3]世界能源理事会.新的可再生能源[M ].北京:海洋出版

社,1998.

(编辑:白银雷)

作者简介:

白绍桐(1963-),男(回族),辽宁锦州人,中国华电工程(集团)有限公司高级工程师,从事电力工业建设、新能源和新技术开发研究及管理等方面的工作。

胡晓春(1975-),女,安徽巢湖人,中国华电工程(集团)有限公司工程师,从事风电咨询设计方面的工作。

陈显扬(1976-),男,四川宜宾人,中国华电工程(集团)有限公司工程师,从事风电机组销售及售后服务、风电工程设计和工程管理等方面的工作。

葛文刚(1972-),男,浙江宁波人,中国华电工程(集团)有限公司工程师,从事风电工程管理方面的工作。