沈洁1  易跃春2 贾殿斌3 左玥1

（1.北京木联能软件技术有限公司, 北京 100085

2.中国水电工程顾问集团公司，北京 100011;

3.大唐吉林瑞丰发电有限公司，北京 130000）

摘要：本文介绍了风电场宏观选址和微观选址的方法。风电场宏观选址过程是从一个较大的地区，对气象、地形、交通、联网等多方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰富、有较好利用价值的小区域的过程。风电场微观选址是在宏观选址中选定的小区域中优化布置风电机组，并考虑环境的影响，使发电量达到最大化。

关键词：风能；交通；联网；湍流；环境；选址

中图分类号：暂无          文献标识码：A

The Superficial Analysis 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: 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 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 selection

1.引言

能源是经济和社会发展的重要基础。目前， 我国正处在工业化、城镇化发展的重要时期，随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，能源需求将持续增长，不断满足能源增长需要，构筑清洁、安全、可靠的能源供应体系是一项重要的任务。可再生能源资源丰富，取之不尽，用之不竭，是符合可持续发展要求、有利于人与自然和谐发展的能源资源。开发利用可再生能源，既是解决当前能源供需矛盾的重要措施，也是解决未来能源问题的必然选择。可再生能源主要包括风能、核能、生物质能、太阳能、地热能、海洋能等。风能的主要利用形式是风电，风电是目前技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术，已成为当今世界电力发展的潮流和趋势。

近年来，随着风电技术进步和国家产业的扶持，我国风电得到快速发展，并网风电总装机容量从2003年的52万千瓦增长到2007年的602.87万千瓦，年均增长率达到124.9%。特别是2007年，我国新增装机容量336万千瓦，超过过去20年的总和，风电累计装机排名已位居世界第五。今后，国家将制定更加详细、具体的全国风电发展规划，统筹安排风电场项目建设布局，指导全国风电发展，全面提高我国风电设计、制造和建设水平。同时，协调国家电网公司按照“建设大基地、融入大电网”的思路，做好大型风电基地输电规划，加强接入电网能力研究和送出工程建设，为全国风电大规模发展提供上网服务；将进一步制定鼓励和扶持风电发展的措施，把风电开发建设与培育风电产业体系紧密结合起来，通过大规模风电开发和建设，促进风电技术进步和产业发展，降低风电成本，增强风电市场竞争力。

然而要建立一个风电场，首要的就是风电场选址。国内外的经验教训表明，由于风电场选址的失误将造成发电量损失和运行维护费用增加，影响项目整体效益，风电场选址对风电场建设是至关重要的。风电场选址分为宏观选址和微观选址。风电场宏观选址过程是从一个较大的地区，通过对资源、地形、交通、联网条件等多方面进行综合比较后，选择一个风能资源丰富、有较好利用价值的小区域的过程。微观选址是在宏观选址确定的小区域中优化布置风电机组，使风电场发电量达到最优。

2.风电场宏观选址

    风电场宏观选址过程是从一个较大的地区，通过对资源、地形、交通、联网条件等多方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰富、具有开发价值的小区域的过程。

2.1 风能资源

建设风电场最基本、最重的的条件是要有较为丰富的风能资源。区域的初步甄选是根据已有的风能资源分布图及其它有关风能资源评估成果，从一个相对较大的区域中筛选较好的风能资源区域，并结合现场踏勘，调研了解地形地貌、现场加密测风资料以及树木变形等标志物，在五万分之一地形图上确定具有风电开发价值的场址范围。一般来说，风功率密度等级达到3级及以上的区域具备风电开发价值。

2.2 地质条件

应尽量选择地震烈度小，地质灾害少，工程地质和水文地质条件较好的场址。作为风电机组基础持力层的岩层或土层应厚度较大、变化较小、土质均匀、承载力能满足风电机组基础的要求。

2.3 极端天气条件

以前，在设计风电场的时候，对极端天气气候的影响研究不多，例如东南沿海的台风究竟有多强，会对风电场造成多大的影响，现在这些问题却成为风能资源开发必须首先研究的关键问题。另外，应重点考虑极端天气或气象灾害的影响，如强沙尘暴、台风、低温、雷击、积冰等。在选址时尽量避免这些灾害天气频发的地区，实在无法避开时，在设计时应充分考虑极端天气条件的影响，将危害减到最小。

2.4 交通运输和施工安装条件

要考虑所选风电场交通运输情况，设备供应运输是否便利，运输路段及桥梁的承载力是否适合风力发电机组运输要求等。风电场的交通方便与否，将影响风电场建设和投资。

1) 对外交通：风能资源丰富的地区一般在比较偏远的地区，如山脊、戈壁滩、草原、海滩和海岛等，部分场址需要拓宽现有道路并新修部分进场道路以满足设备的运输。在风电场选址时，应了解候选风电场周围交通运输情况，对风况相似的场址，尽量选择那些离现有公路较近，对外交通方便的场址，以利于减少配套道路的投资。

2) 施工安装条件：收集候选场址周围地形图，分析地形情况。地形复杂，不利于设备的运输、安装和管理，装机规模也受到，难以实现规模开发，场内交通道路投资相对也大。场址选择时在主风向上要求尽可能开阔、宽敞，障碍物尽量少、粗糙度低，对风速影响小。另外，应选择地形比较简单，以利用大规模开发及设备的运输、安装和管理。

2.5 联网条件

场址选择应尽量靠近合适电压等级的变电站或电网，从而减少输电线路损耗及投资，同时还应考虑电网现有容量、结构及其可容纳的最大容量。风能资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率具有随机性，可能影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波以及周期性电压脉动等。随着风电机组单机容量和风电场建设规模的不断增大，风电场并网运行对电网将产生一定的影响，在规划风电场时，需要考虑电网的结构和稳定性，加强电网对风电接网能力的研究。

2.6 环境影响

风电场选址时应注意与附近居民、工厂、企事业单位（点）保持适当距离，尽量减小噪音污染；应避开自然保护区、珍稀动植物地区以及候鸟保护区和候鸟迁徙路径等。另外，候选风电场场址内树木应尽量少，以便在建设和施工过程中少砍伐树木。

2.7 装机规模

为了降低风电场造价，风电场工程投资中，对外交通以及送出工程等配套工程投资所占比例不宜太大。在风电场规划选址时，应根据风电场地形条件及风况特征，初步拟定风电场规划装机规模, 布置拟安装的风电机组位置。风电场选址时应尽量选择那些具有较大装机规模的场址，形成规模效益。

2.8 其它

风电场工程建设用地应本着节约和集约利用土地的原则，尽量使用未利用土地，少占或不占耕地，并尽量避开省级以上部门依法批准的需要特殊保护的区域。场址不压覆已查明的重要矿产资源，不涉及采矿权、探矿权设置单元；不涉及自然保护区和风景名胜区、军事用地和设施。

3.微观选址

微观选址是在选定的场址中，综合考虑资源、地形地貌条件，优化布置风电机组，使整个风电场发电量最优。在风电场布置风电机组时，一般结合微观选址专业软件，并根据实际施工安装条件来布置。目前，国内尚没有成型的微观选址软件，如果一直依赖国外的软件，难以反应中国风电场的实际情况，产业发展将受制于人。有鉴于此，北京木联能软件技术有限公司和中国水电工程顾问集团公司正在联合开发微观选址软件《风电场工程特性分析与微观选址软件》，即将开发完成，其优化方法如下：

图1 风电场微观选址流程图

在设定的场址范围内，先把风电机组放在风能资源最高的地方，然后考虑风能资源次之的地方，同时考虑相关约束，计算每台风电机组的无尾流发电量和尾流大小，计算完成后，开始判断地形，用以决定是否对风电机组的排布进行发散性布机实验：如果是平坦地形，在进行资源情况排布后进行发散性布机，如果认为是复杂地形，则仍根据风能资源格点排布的情况进行多次优化。

如果尾流的增长比例大于无尾流发电量的增长比例，那么认为是优化无效的，发电量不增加；如果尾流的增长比例小于无尾流发电量的增长比例，那么发电量增加。

微观选址的相关约束将在下面一一介绍。

3.1 地形

风电机组安装位置地面坡度可能会对风电机组的吊装和风电机组发电性能产生重要的影响。因此一般要对风电机组安装处的最大地面坡度进行控制。

3.2 粗糙度

依地形条件，粗糙度依不同地形层次可以分为若干等级，在一定距离内，地表面越复杂，或粗糙度变化层次越多，则粗糙度越大，对风的影响就越大。反之地表越简单，或粗糙度变化层次越少，则粗糙度就越小，对风的影响就越小。风力发电机组选址时，要考虑因地面粗糙度引起的风速廓线，当风垂直切变特别大时，对风力发电机组运行十分不利。

3.3 障碍物

地面障碍物如建筑物、防风带等对风速、风向产生的衰减影响与障碍物到测风点的距离以及障碍物和测风点的高度有密切关系。在布机时，应避开障碍物的地方。如果一定要在该地布机，则风力发电机组安装高度至少应高出地面2倍障碍物高度。如果风力发电机组安装地点在障碍物的上风方向，也应距障碍物有2~5倍障碍物高度的距离。如果风力发电机组前有较多的障碍物时，平均风速由于障碍物的多少和大小而相应变化，此时地面影响必须严格考虑，如通过修正地面粗糙度等。

3.4 最小间距

风力发电机组排列方式主要与风向及风力发电机组数量、场地实际情况有关。应根据当地的单一盛行风向或多风向，决定风力发电机组是矩阵式排布还是圆形或方形分布。

合理地排列风力发电机组之间的距离是风电场设计时需要重点考虑的问题。如果排列过密，风力发电机组间的尾流影响将大幅度地降低排列效率，减少年发电量，并且产生的强紊流将会造成机组振动，恶化受力状态；反之，如果排列过疏，不但发电量增加很少，而且增加了道路、电缆等投资费用及土地占用费。按标准要求，无论何种方式的排列，应保证风力发电机组相互干扰最小化。

3.5 湍流

湍流很大程度上取决于环境的粗糙度、地层稳定性和障碍物。它有两种不利的影响，减少输出的功率和引起风能转换系统的震动和荷载的不均匀，最终使发电机组受到破坏。因此在选址时，要尽量使风力发电机组避开粗糙的地表面或高大的建筑障碍物。

3.6 环境

    在优化时，可以考虑风电机组对特定位置的噪音影响和视觉影响。根据限定特定位置可见风电机组数或容忍最大噪音分贝来优化布机。

3.7 小结

在上述约束条件中，最小间距对风电机组尾流影响特别大，所以在优化时必须考虑，其他约束条件可以根据用户需要自己设定。

4.总结

在建设风电场之前，需要对风电场进行宏观和微观选址，只有事前做好充分的规划和准备，才能将损失减到最小，效益达到最大。

5.建议

5.1 加强风能资源详查和评估水平

风能资源是风电场建设的基础，风能决定着发电量，发电量决定经济效益。因此，必须加强风能资源详查和评估水平。建议建立精确的风能分布模型，并根据风场实际地形考虑障碍物粗糙度，得到整个风电场的风资源分布情况。

5.2 加强我国宏观和微观选址软件的开发

如今国外已有一些进行风电场微观选址的软件，如英国Garrad Hassan公司开发的GH WindFarmer软件，以及丹麦EMD公司设计WindPro软件，是目前较流行的风电场设计及优化软件, 其功能较强大。但是国外的地形跟我国的地形不一样，国外地形简单，我国地形复杂，这样用国外软件进行计算误差会比较大；而且国外软件价格昂贵，在售后服务方面也难以及时跟上，所以亟待开发国内的选址软件。北京木联能软件技术有限公司和中国水电工程顾问集团公司联合开发的宏观选址软件《风电场风能资源经济可开发量评估软件》和微观选址软件《风电场工程特性分析与微观选址软件》即将开发完成，填补国内空白。

参考文献:

[1] 陈树勇.大型并网风力发电厂规划方法研究.博士学位论文[D].北京:中国电力科学研究院，1998.

[2] 宫靖远等.风电场工程技术手册[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[3] 王承煦 张源等. 风力发电[M]. 北京：中国电力出版社，2002.

[4] 施鹏飞.2007年中国风电场装机容量统计[J].中国风能.2008

[5] 靳静,艾竿. 我国风电场建设及运行现状评估与发展前景研究[J]. 华东电力. 2007,35(8)

作者简介：

沈洁（1984—），女，湖北荆州人，硕士研究生，从事风电工程技术研究方面工作。下载本文