复杂地形风电场微观选址方法研究

王蕊，杨楠

1.中国电能成套设备有限公司，北京 100086 2.北京洁源新能投资有限公司，北京 100083

复杂地形风电场微观选址方法研究

王蕊1，杨楠2

1.中国电能成套设备有限公司，北京 100086 2.北京洁源新能投资有限公司，北京 100083

复杂地形的风能资源形成原因和特征众多，导致风机点位的确定考虑因素众多。现场微观选址的方法和注意事项，关乎风电场建设。复杂地形风电场中微观选址过程中地形图的外延、测风数据的选取、粗糙度的设置、移机需要考虑因素均会影响微观选址的准确性。该研究先给出复杂地形的定义和分类及特征，又详述了复杂地形风电场中微观选址的方法，以案例的形式论述了复杂地形风电场微观选址的注意事项，为实际建设工作提供了帮助。

复杂地形；风电场；微观选址

复杂地形的风能形成原因和特征众多，在复杂地形开发建设风电场，风机位置的确定至关重要。在掌握了相对准确的风能资源的情况下，风电场微观选址的失误造成的发电量损失和增加的维修费用将远远大于对场址进行详细调查的费用，给开发商造成重大损失。因此，复杂地形的微观选址是关乎风电场建设的重要的环节。

1 复杂地形的分类

复杂地形可分为两类，一类是隆升地形，如山脊、山丘和山崖等，另一类为低凹地形，如山谷、盆地和山隘等。它们对风特性均有不同程度的影响，由于地形复杂，在同一天气系统下，各种不同地形条件下的风速不同，就是在同一地形下，其不同部分的风速也各异[1-2]。

复杂地形风电场选址首先要判断和区分地貌特点，确定其有利地形条件，然后再考虑障碍物和粗糙度对气流的影响，以求在中、小尺度范围内选择最佳的场址。

2 微观选址的目的、作用及重要性

微观选址的目的是在选定的区域中确定现场具体风机排布，满足业主和相关部门的要求，使整个风电场具有较好的经济效益。

微观选址是风电场建设的最重要阶段，主要任务是使用测风数据进行风场内风资源评估，计算出整个风场的风功率，进而根据地形条件和风分布进行风机选型和风机布点工作。

微观选址是施工图设计和征地的先决条件，也是发电量高低、项目收益好坏和风机是否安全的决定因素。微观选址的失误可能会使项目投资增加，特别是复杂地形地貌条件下风电场选址更需要仔细研究。如果选址不当，两台相邻200m的风机，其输出功率可能相差25%以上。因此，在项目开始建设前必须认真细致的做好微观选工作。

3 复杂地形微观选址的主要方法及流程

3.1 微观选址的主要方法

复杂地形风电场微观选址主要采用CFD模型模拟的方法[3]。CFD（计算流体力学）方法是指借助计算机模拟实际流体，使分析者在没有测量流体变量工具帮助的情况下，仿真和了解所给地点的流体流动。目前较为常用基于CFD方法的商业软件有WT及WindSim[4]。

3.2 微观选址的基本流程

微观选址工作主要分为三大步骤：软件模拟及优化过程、现场定点微调、根据微调点位重新模拟计算。

4 实例

以山西某工程项目为例，简要说明基于WT软件的微观选址的具体流程。

本风电场工程位于山西复杂地形，海拔在1475～2147m之间。风电场工程容量为49.5MW。风电场所在区域由多道连续山梁组成，多为荒坡，有少量林地。

4.1 风资源分析

首先通过对气象站及风电场内三座测风塔数据进行分析，整理出三座测风塔完整一年的测风数据。

4.2 软件模拟及方案优化

利用法国软件Meteodyn WT辅助建立山体模型，其工作内容包括：地图标定、等高线绘制、山体模型的建立、机位优化、发电量计算等。

4.2.1 地图标定

经过在风电场踏勘过程中对关键点进行GPS点位核实后，地图标定精度满足技术要求。

根据业主提供的CAD1∶2000测量地形图，得到风电场内部山脊区域带状详细等高线。为保证微观选址结果的正确性，利用Global Mapper软件卫星等高线对1∶2000地形图外围区域等高线进行了补充。

4.2.3 粗糙度描述

为了保证风电场内粗糙度取值的正确性，根据卫星照片及现场考察情况对风电场进行了区域粗糙度描述。

4.2.4 软件模拟

WT软件包括求解过程、湍流模型、网格生成、边界条件、求解器、热稳定度、综合过程、湍流校正、多测风塔分析、微观选址等模块。WT软件通过三维模型的建立能够较好的模拟实际的风流，而用3座测风塔的数据与地形进行匹配能提高对实际风流模拟的准确度。

根据绘制好的等高线、粗糙度文件，利用Meteodyn WT辅助建立山体模型见图1。

图1 风电场山体模型

本工程初始布置方案中选用某风机厂家82/1500（轮毂高度为70m）风力发电机组。根据测绘图和Globalmapper图、业主提供的范围及确定机型对风力发电机组进行布置，在限定的区域内对风力发电机组的布置进行优化布置，并通过WT软件计算对尾流较大的机组进行调整。经过优化布置点位后，初步选出44个风机点位。

4.3 现场定点及微调

动态规划算法的基本思想：人员在原图像上选择特定的点作为初始点和终止点，对原始图像进行转变从而得到初始价格阵，目标边缘部分对应位置的价格比较低，其他的价格较高，从初始价格阵和规定的初始点计算积聚价格阵，最终由终止点方向反向追踪到初始点，最终获得所需要的范围详情。以往的研究结论中运用DP算法对于不同的医学超声图像进行分割并且得到了相对令人满意的分割结果。文章对着种算法在医学上的超生图像进行实际的分割操作，结果如图一所示。

初步方案确定后，进行现场定点及微调。主要工作为根据室内工作优化的机位坐标，利用精密GPS进行现场选址工作，对机位现场要进行详细的勘查，根据微观选址的原则，再结合机位现场的施工条件、机位面积大小、是否满足吊装、道路修建难易程度、机位现场植被情况、机位周围地形地貌、与其它机位的距离等因数，另外要考虑到风电场内已有道路、输电线路、村庄、建筑物等，综合考虑各种条件后，确定是否需要微调机位，或移动机位或放弃机位。确定机位后，用木桩进行标记，并采集坐标，对机位情况进行记录、拍照等。

4.3.1 第一次现场踏勘

经过第一次现场踏勘，原有风力发电机组点位基本位于多道连续的山梁上，大部分位置合理，落点较为准确，只需要现场微调，但是部分点位需要舍弃。舍弃的原因有如下几种：超出县界范围、风机距离过近、施工难度较大、海拔较低、与另一风电场送出线路冲突、林地难以批复、离居民居住区较近等。最终舍弃11个机位。

4.3.2 第二次踏勘

经业主与国土、林业部门复核后，初步推荐的33个点位中有27个机位满足国土、林业部门要求，1个点位微调后满足。因此在业主将原有场址范围略作扩展的基础上，第二次进场又补选了5个点位。

经业主与国土、林业部门再次复核，补选的5个机位，通过微调均能满足要求。

经过现场定点及调整，最后确定33台风机点位排布方案。

4.4 单台风机荷载验算

随后将微观选址后33台风机点位提交风机厂家进行载荷安全性复核，厂家复核后确认其中两台风机点位仅能满足77/1500（65m轮毂高度）型风力发电机组的载荷安全要求；其余31个点位可以满足82/1500（70m轮毂高度）型风力发电机组的载荷安全要求。最终风机布点方案混合排布，如下图所示。

图2 风机点位布置图

在充分分析现场风能资源、地形地貌情况的前提下，结合Windfarmer、Globalmapper、WT多种软件，根据现场选址情况，风机厂家载荷验算以及国土、林业部门复核的结果，最终确定了33个风力发电机组机位。

通过WT 软件的测算，本工程年理论发电量为16642.95万kW∙h，综合考虑空气密度修正、尾流修正、风力发电机组利用率、风力发电机组功率曲线影响、叶片污染损耗、线损及自用电损耗、湍流影响损失、气候影响、偏航、计算误差、周边风电场影响等各种损失后，结合计算出的本工程年理论发电量，得出本风电场年上网发电量、满发小时及容量系数等各重要指标。

5 结论

复杂地形微观选址准确性影响到风电场的安全和发电量，在微观选址过程中有如下注意事项。

1）地形图比例尺至少为1∶5000，要求地形图等高线连续，各等高线赋高程值，地形图中各要素要明确。

2）此根据实测地形图范围，补充至少外延5km范围地形图。

3）复杂地形风能资源变化多端，模拟准确性欠佳，因此需要收集尽可能多、尽可能完整、有代表性的测风数据。

4）对于复杂地形要尽量多选出备点机位。

5）利用精密GPS进行现场选址工作，对机位现场进行详细的勘查，是否移机需结合机位现场的施工条件、机位面积大小、施工平台及难度、道路修建难易程度、机位现场植被情况、机位周围地形地貌、与其它机位的距离、风电场内已有道路、输电线路、村庄、建筑物综合条件。

6）通过现场调查可以发现粗糙度未来的变化趋势，为风电场长期发电量预测提供参考。

[1]王蕊，朱瑞兆，等.复杂地形风电场测风塔代表性判定方法研究[J].风能，2015（7）：66-69.

[2]陈平.地形对山地丘陵风场影响的数值研究[D].浙江大学，2007.

[3]赵永锋.复杂地形风场CFD模拟方法研究[M].华北电力大学，2011.

[4]陈爱，刘宏昭，杨迎超，等.复杂地形条件下风力机微观选址[J].太阳能学报，2012（5）.

TK89

1674-6708（2015）149-0102-02