一種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)微觀選址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)微觀 選址方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能資源是可再生清潔能源，風(fēng)力發(fā)電是新能源領(lǐng)域中技術(shù)最為成熟、最具規(guī)模 開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，目前已在全球大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)風(fēng)能資 源較為豐富，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電對(duì)應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī)、緩解能源、環(huán)境的壓力，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì) 社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也是我國(guó)作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的發(fā)展中國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí) 現(xiàn)對(duì)世界關(guān)于提高非化石能源消費(fèi)比例和減少co2排放量莊嚴(yán)承諾的有效措施，國(guó)家層面 也相繼出臺(tái)一系列法律法規(guī)鼓勵(lì)風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展。據(jù)悉，2015年全國(guó)風(fēng)力發(fā)電目標(biāo)累計(jì)并 網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)超過(guò)1億kW，2020年并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)超過(guò)2億kW。
[0003] 就早期的資源普查情況而言，我國(guó)風(fēng)能主要分布于包括黑吉遼、內(nèi)蒙古、甘肅、新 疆、河北等在內(nèi)的"三北"地區(qū)，這些地區(qū)風(fēng)能資源豐富、土地開(kāi)發(fā)利用程度低、建設(shè)條件好， 適合建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電發(fā)展速度較快，目前已規(guī)劃多個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。但"三 北"地區(qū)大部分區(qū)域負(fù)荷水平比較低，無(wú)法解決大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)電力消納問(wèn)題，而且由于風(fēng)電 出力的隨機(jī)性特點(diǎn)，需要依靠強(qiáng)大電網(wǎng)的支撐，目前局部地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)速度已超過(guò)電 網(wǎng)的承受能力。受制于電網(wǎng)外送通道等原因，目前"三北"地區(qū)棄風(fēng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，風(fēng)電事 業(yè)發(fā)展放緩。隨著全國(guó)風(fēng)能資源普查的深入推進(jìn)，已查明位于我國(guó)西南部的云、貴、川及西 藏地區(qū)高海拔山區(qū)也具有豐富的風(fēng)能資源，隨著風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步以及交通運(yùn)輸、外送通道以 及電網(wǎng)接入等外部條件的改善，高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)正處在快速發(fā)展階段。
[0004] 風(fēng)電場(chǎng)微觀選址是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期工作的重要環(huán)節(jié)，主要是根據(jù)風(fēng)能資源條件， 在保證風(fēng)電機(jī)組安全的前提下，確定每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的位置，以充分提高發(fā)電量，有效規(guī) 避地質(zhì)災(zāi)害、社會(huì)動(dòng)亂等投資和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)投資項(xiàng)目綜合效益最大化。而風(fēng)電機(jī)組的布 置便是風(fēng)電場(chǎng)微觀選址過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作。根據(jù)DL/T5383-2007(風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)技 術(shù)規(guī)范）的要求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置盡量緊湊規(guī)則整齊，有一定規(guī)律，以方便場(chǎng)內(nèi)配電系統(tǒng) 的布置，減少輸電線路的長(zhǎng)度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照矩陣布置，行必須垂直風(fēng)能主導(dǎo)方向，同 行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間距離不小于3D，行與行之間距離不小于各列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間交 錯(cuò)布置。如此規(guī)定的初衷主要是出于有效降低風(fēng)電場(chǎng)的尾流影響。然而，高海拔山地風(fēng)電場(chǎng) 平均海拔均在2500m以上，相較于平坦地形風(fēng)電場(chǎng)，成風(fēng)機(jī)理差異較大，地形地貌也更為復(fù) 雜，風(fēng)能資源受地形的影響變化較大，而且氣候條件多變、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、交通運(yùn)輸條件差， 現(xiàn)有道路基本無(wú)法滿足風(fēng)電場(chǎng)超長(zhǎng)超重部件的運(yùn)輸要求。風(fēng)電場(chǎng)普遍涉及風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó) 家級(jí)公益林以及水源保護(hù)地等環(huán)境敏感因素，可開(kāi)發(fā)區(qū)域較小，基本屬于分散式開(kāi)發(fā)，而且 距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，電網(wǎng)建設(shè)薄弱，接入系統(tǒng)條件較差。這些典型特征決定了平坦地形風(fēng)電 場(chǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)并不適用于高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)。
[0005] 目前對(duì)高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)微觀選址方法的研宄比較少，大多仍處于探索階段。專 利CN201110180455提供了一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法，通過(guò)，獲得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng) 電機(jī)組位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風(fēng) 機(jī)的風(fēng)輪直徑和輪轂高度，以獲得最佳發(fā)電量，但是該方法并未涉及風(fēng)電機(jī)組之間的布置 準(zhǔn)則。專利CN201110180454. 8提供了一種提高風(fēng)能利用的風(fēng)機(jī)布置優(yōu)化方法，通過(guò)增加 垂直冬季限電季節(jié)風(fēng)能主導(dǎo)風(fēng)向的行內(nèi)的風(fēng)機(jī)間距，減小平行冬季限電季節(jié)風(fēng)能主導(dǎo)風(fēng)向 的行內(nèi)的風(fēng)機(jī)間距，以在限電情況下提高風(fēng)能利用率，但該方法僅適用于夏季與冬季風(fēng)能 主導(dǎo)方向基本垂直而且冬季需要集中供暖的地區(qū)，顯然在我國(guó)西南地區(qū)并不適用。專利 201410278206. 0公開(kāi)了一種高海拔山區(qū)模糊多準(zhǔn)則風(fēng)電場(chǎng)選址方法，運(yùn)用層次分析法構(gòu)建 遞階層次模型，借助地理信息系統(tǒng)平臺(tái)建立風(fēng)電場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，采用模糊集理論度量風(fēng)電 場(chǎng)適宜度，利用空間分析技術(shù)提取風(fēng)電場(chǎng)適宜范圍，但僅限于風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址階段，并未涉 及風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的相關(guān)內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決當(dāng)前高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中無(wú)法合理準(zhǔn)確地進(jìn)行微觀選址的技術(shù)難 題。本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法，該方法包括：步驟S1，測(cè) 風(fēng)數(shù)據(jù)分析，即對(duì)擬建風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各測(cè)風(fēng)塔的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；步驟S2,風(fēng)能資源模擬，即 利用CFD方法對(duì)擬建風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)區(qū)域風(fēng)能資源進(jìn)行模擬分析；步驟S3,機(jī)組選型，即根據(jù)風(fēng)能 資源計(jì)算結(jié)果初步確定擬用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的規(guī)格；步驟S4,確定有效開(kāi)發(fā)區(qū)域，即根據(jù)擬 建風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的環(huán)境敏感因素調(diào)研結(jié)果確定有效開(kāi)發(fā)區(qū)域；步驟S5,風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化排布， 即根據(jù)風(fēng)能資源模擬結(jié)果在有效開(kāi)發(fā)范圍內(nèi)按照一定的布置準(zhǔn)則對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化排 布。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，步驟S1利用 MERRA數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)序列訂正，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)訂正數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取空氣密 度、風(fēng)速和風(fēng)功率密度年內(nèi)變化、風(fēng)速和風(fēng)功率密度日變化、風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布、風(fēng)向頻 率和風(fēng)能密度方向分布、風(fēng)切變指數(shù)、端流強(qiáng)度、Weibull分布以及五十年一遇最大風(fēng)速和 極大風(fēng)速等各項(xiàng)風(fēng)資源參數(shù)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，步驟S2根據(jù)訂 正后的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)地形圖，利用CFD方法對(duì)擬建風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)區(qū)域風(fēng)能資源進(jìn)行模擬分 析，獲取意向高度處的各項(xiàng)風(fēng)資源參數(shù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，步驟S3根據(jù)步 驟S2的計(jì)算結(jié)果，確定擬用風(fēng)電機(jī)組的安全等級(jí)，再次基礎(chǔ)上初步選擇擬用風(fēng)電機(jī)組的葉 輪直徑等參數(shù)；
[0010] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，步驟S4對(duì)擬建 風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的環(huán)境敏感因素進(jìn)行調(diào)研，擬開(kāi)發(fā)區(qū)域扣除這些敏感區(qū)域后即為有效開(kāi)發(fā)范 圍；
[0011] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，步驟S5中的 布置準(zhǔn)則是：風(fēng)電機(jī)組布置在風(fēng)功率密度較大的區(qū)域，通常沿山脊單排布置，局部開(kāi)闊 地帶可多排布置，但需前后錯(cuò)開(kāi)，以減小尾流影響，風(fēng)機(jī)間距在水平面投影距離L滿足：
其中0為主導(dǎo)風(fēng)向與山脊走向的夾角。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址方法的一個(gè)方面，1^和1^2的取值滿 足：
[0013] 當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閱我簧葏^(qū)且風(fēng)能集中度大于50%時(shí)，
[0014] 1^= (4. 5 ~5. 5)D，L2= (1. 8 ~2. 2)D
[0015] 當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向集中在兩扇區(qū)且各扇區(qū)風(fēng)能集中度不大于40%時(shí)，
[0016] (4. 5 ~5. 5)D，L2= (2. 5 ~3)D
[0017] 當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向集中在三扇區(qū)且各扇區(qū)風(fēng)能集中度不大于25%時(shí)，
[0018] (6 ~10)D,L2=(3 ~4)D
[0019] 其中D為風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑，當(dāng)有多種機(jī)型進(jìn)行混合布置時(shí)，D取前后兩種葉輪直 徑的平均值。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，括號(hào)內(nèi)系數(shù)取較大值，反之亦然。
[0020] 本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0021] 1)在高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)微觀選址過(guò)程中，利用MERRA數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)序列 訂正，利用訂正數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)能資源分析，從而有效避免了由于風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址一般較為偏遠(yuǎn)，與 參證站之間距離較遠(yuǎn)，地形環(huán)境也有一定程度的差別，導(dǎo)致參證站氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)實(shí) 測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性較差，利用參證站數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行代表年訂正的結(jié)果存在較大不確定性 的難題。
[0022] 2)本發(fā)明提出了一種適用于高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組布置準(zhǔn)則，綜合考慮了 風(fēng)能資源分布特點(diǎn)