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1、风电场的宏观选址和微观选址浅析,风能研究所,宁夏新能源研究院,2013年7月,一、前期规划阶段的宏观选址,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。风电场宏观选址是在认真研究国家和地区风电发展规划的基础上，详细调查地区风能资源分布情况，广泛收集区域风电场运行数据，比较建设地点及其开发价值，制定开发策略和开发步骤 风电场宏观选址只要指导性文件：风电场场址选择技术规定。,二、施工图阶段的微观选址,风电场场址选择是否合理将直接决定场内风力发电机组的发电量，进而对整个风电场的经济效益产生重要影响。,微观选址就是对风电场所在区域内进行现场踏勘，在满足风电场总体装机容量以及风电机组装
2、机台数要求下，确定风电场风电机组的布置方案，通过对若干方案的技术经济比较，给出每台风力发电机组在风电场的具体位置，使风电场获得较好的发电量。,主要内容,一、宏观选址,1、基本概念、影响因素,风能资源,并网条件,交通运输,地质条件,地形地貌,环境影响,社会经济,消纳能力,风电场场址选择技术规定,风电场风能资源评估方法 GB/T 18710-2002,风电场风能资源测量方法 GB/T18709-2002,1）符合国家产业政策和宁夏地区发展规划,2、基本原则,http:/,场址是否符合宁夏地区“十二五”“十三五”风电发展规划，或和规划中的其它项目是否有矛盾，应收集选场址处有关基本农田、压覆矿产、军事
3、设施、文物保护、风景名胜以及其他社会经济等常规性资料，选址时注意避开。,在宏观选前要明确项目的发电属性，现在很多项目开始采用风光互补发电系统，以降低项目投资成本，适合风力发电的场址不一定适合光伏发电。如果是开展分散式接入风电项目，较集中式风力发电系统在接入系统和消纳上要求更加明确，前期的收资过程要更加充分详细。,2）风能资源丰富，风能质量好,风速： 总体来说风电场要有稳定的盛行风，年平均风速大于，风频分布好（机型）。 风速的日变化和年变化与当地的负荷曲线相匹配； 风速的日变化和季节变化较小，降低对电网的冲击。 风向： 一般认为主导风向的频率在以上是稳定的风向，某一地区基本上只能有一个或者两个盛
4、行主风向且几乎方向向反，以利于机组布置。 风能： 风速在之间年风能可利用时间在2000以上，年平均风功率密度 大于300W/ m2。 垂直风剪切： 垂直风剪切较小，以利于机组的运行，减少机组故障。 湍流强度：湍流强度较小，湍流强度尽量不要大于0.25，尽量减轻机组的振动、磨损。 气象灾害：避免台风、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等灾害天气多发地带（如最大风速超过40m/s或极大风速超过60m/s，气温低于零下20等天气）。 容量系数： 容量系数大于0.3的地区将会有明显的经济效益，一般风电场在0.200.26。 空气密度：如果海拔较高的地形要注意空气密度的数值大小，不能盲目仅凭风速来衡量风能。,3）满
5、足联网要求,考虑电网的结构、容量尤其是分散式接入风电项目有专项规定） ；场址和现有变电站的距离； 考虑消纳的容量（尤其是分散式接入风电项目有专项规定）。,4）具备交通运输和施工安装条件,表 各级电压线路的一般输送容量和输电距离,表 风电机组与公路等级匹配表,应满足风电机组、施工机械和其它设备、材料的进场要求；满足设备和材料的存放、风电机组吊装等要求；如需要改造，改造的费用多少。,5）地理及地质情况（保证工程安全）,大型风电场应远离居住区至少500m； 单台机组至少距居住区200m。 要远离灾害区和特殊使用价值的地区； 考虑空气密度的影响。,地理位置,地质情况,房屋建设施工； 风力发电机组施工。
6、,6）满足环境保护的要求（噪音、电磁辐射等）,7）满足经济效益和社会效益,地址构造图地质勘察报告,宁夏自治区要会同国家电网公司积极研究利用宁东电力外送通道增加风电消纳的方案；国能新能201365号）。电网风电消纳能力计算方法分析,8）满足电网消纳能力,9）地形条件,已建成风电场的坡度统计结果,已建成风电场的地形起伏度统计结果,我国典型地区风电场的地形统计,结论：坡度的均值4.1，起伏度的均值135m。,9）地形条件,平坦地形,定义：在风电场区及周围5km半径范围内及其起伏度小于50m，同时地形最大坡度小于3。,同一高度上的风速分布可以看做是均匀的。 风的垂直方向上的轮廓线与地表面粗糙度有着直接
7、关系，提高风力发电机组功率输出的唯一方法是增加塔架高度。,盐池高沙窝地形图（起伏度40米）,中宁长山头地形图（起伏度大约为100米）,9）地形条件,复杂地形,9）地形条件,定义：平坦地形以外的各种地形，大致可以分为隆升地形和低凹地形两类。,山形垂直剖面为园形和三角形,迎风面,背风面,隆升地形,风向垂直山脊,山顶风速最大,山形水平面剖面凹凸形,凹形加速，凸形减速,气流在顶部平坦的山脊上往往存在着危险的风切变区，山脊的背风侧常会形成紊流区，属于危险气流区。 气流吹向孤立山丘时， 在迎风坡上气流显著加速，在山顶达到最大，在山丘的背风面，风速降低。,低凹地形（山谷）的气流运动,在山谷轴线与盛行风向一致
8、， 盛行风畅通无阻，在谷内气流有显著的加速效应，气流不断加速。 在山谷轴线与盛行风向垂直时气流受到地形的阻碍，风速减弱，可能会出现强的风切变或湍流。注： 盛行风向是指山谷出入口外上风向的主导风向，非谷内气流方向。,风通过漏斗形通道的位置图,水平风向,垂直风向,风通过山谷风向图,9）地形条件,不同地形下风速与平坦地面风速比值表,固原原州区地形图（起伏度大约为160米）,9）地形条件,3、方法步骤,现场考察,确定备选场址,1,2,四种风能资源获取手段：,确定备选场址,第二次1980年,第二次1984年,第三次2004年,宏观的风资源评价,建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源,选
9、择风电场场址时应尽量选择风能资源丰富的场址,第四次2009年,国家气象局已组织了四次大规模的全国风能资源普查 ：,风能资源储量约为1.6108kW。,技术可开发量为2.53108kW。,技术可开发量为2.97108kW。,开发潜力逾25108kW,现阶段建成了由400座测风塔组成的风能资源专业观测网，建立了国家风能资源数据库，并利用中国气象局风能资源数值模拟评估系统，首次获得了全国陆地1公里水平空间分辨率的精细化风能资源评估成果。,宁夏风能资源评估报告,2005年完成，采用宁夏省内各个气象站测风数据进行的大范围评估。,风能资源详查共享成果包括：风能资源观测资料、相关气象参证站统计分析产品、高分
10、辨率风能资源数值模拟图谱，风能资源综合评估成果等。,风能资源详查和评价资料,全国平均风功率密度分布图,贺兰山风电场 google earth截图,Global mapper截图,1)从地形判断法：地形上可以判别发生较高平均风速的典型特征：盛行风向垂直于山脊；盛行风向垂直于山脊且山脊剖面为凹形；盛行风向与山谷一致；表面障碍物少等。2) 植物变形判别法：树的高度和形状能够作为记录多年持续的风力强度和主风向证据，已经发现年平均风速是与树的变形程度最相关的因素。3) 风成地貌判别法：地表物质会因风而移动和沉积，形成干盐湖、沙丘和其它风成地貌，表明附近存在固定方向的强风，如在山的迎风坡岩石裸露，背风坡砂
11、砾堆积。4) 当地居民调查判别法：有些地区各种风况特征不明显，可定性了解该地区风能资源的情况（手持式测风仪）。,通过现场考察以后，综合风能资源和其它建设条件，排除那些不具备一项或多项建设条件的地点，如风能很小、接入系统造价很高、场址是否已作其它规划、甚至无法解决等，即可确定若干个备选场址。,场址比选后：对侯选场址的调查和排序；在侯选场址内选择实际立塔位置。,人工采集数据自动远传数据定期维护检修储存备份数据整理分析数据,风速风向风功率密度空气密度切边指数,23,测风塔定位原则：1 测风塔安装位置应具有代表性 1）测风塔安装点应在风电场中有代表性，并且周围开阔； 2）测风塔安装点靠近障碍物如树林或
12、建筑物等对分析风况有负面影响，选择安装点时应尽量远离障碍物。如果没法避开，则要求测风点距离障碍物的距离大于10倍障碍物的高度。 3）测量位置应选择在风场主方向的上风向位置。2 测风塔数量应满足风能资源评估要求，并依据风场地形复杂程度而定。,不能在风场海拔最高处，如山顶，也不能放在风场中间。,5,4,3,2,1,评价场址建设、运行的经济效益和社会效益进行评价。,进行现场测风，取得足够精确的数据。至少取得一年的完整测风资料，以便对风机发电量进行精确估算。,确保风能资源特性与待选风力发电机组设计的运行特性相匹配。,进行场址初步工程设计，确定开发建设费用。,确定风力发电机组输出对电网系统的影响。,对准
13、备开发建设的场址进行具体分析后，做好以下工作：,研究区域风电规划，确定重点开发区域和开发模式。,向公司、政府报送开发协议。,落实开发的意向和相关政策。,委托咨询单位， 明确自身需求。,宏观选址材料收集,组织现场踏勘。,内部审查，向公司汇报宏观选址报告。,研究区域风电规划，确定重点开发区域。,审定风电场开发协议的可行性。,落实需求。,配合宏观选址资料搜查。,地方政府相关部门提供。,项目公司邀请政府相关部门参加踏勘。,宏观选址现场踏勘。,编制宏观选址报告。,修正宏观选址报告。,公司决策层,风电项目单位,新能源设计单位/咨询公司,相关单位,风电项目宏观选址全流程,组织审查宏观选址报告。,项目单位宏观
14、选址主要步骤,根据已建风电场的情况判断周边未开发区域的开发价值,根据地形图确定周边建筑与植被、道路情况、地形条件,风能资源,地形条件,道路情况,植被、建筑,土地利用,地址条件,环境问题,电网条件,搜集资料,初步确定区域,确定场址大致范围,现场勘查,可行性研究,编撰选址报告,地理、气象、水文,区域发展规划方案,1:50000地形图,经济概算,二、微观选址,微观选址工作主要任务是，对风电场所在区域内进行现场踏勘，确认地形图的准确性，观察地形图外地形环境，在满足风电场总体装机容量以及风电机组装机台数要求，利用计算软件给出各风电机组的具体位置坐标。,1、基本概念,2、微观选址的基本原则,尽量集中布置减
15、少占地面积，安装更多的机组；减少电缆和场内道路长度，降低工程造价和场内线损。,尽量减小风电机组之间尾流影响,避开障碍物的尾流影响区,机组安装高度至少高出2倍障碍物高度，如障碍物在上风向，机组高度为5倍障碍物高度。距障碍物的距离应为障碍物高度的510倍。,风机尾流三维模拟图,机组的排列影响因素,主风向,主风向,主风向,对平坦地形，盛行主风向为一个方向或两个方向且相互为反方向时：,单排或多排布置（梅花形），排列方向与盛行风向垂直；垂直于盛行风向上：即行间距为5 9倍风轮直径；平行于盛行风向上：列间距为3 5倍风轮直径。,5D 9D,3D 5D,机组排列的经验和研究结论,对平坦地形，当场地存在多个盛
16、行方向时： 一般采用“田”或圆形分布，根据地形而定。 风力发电机组间的距离应相对大一些，通常取10-12 倍风轮直径或更大。,对复杂地形： 根据实际地形，测算各点的风力情况后，经综合考虑各方因素如安装、 地形地质等，选择合适的地点进行风力发电机组安装。,避开障碍物的尾流影响区,确认风电场可用土地的界限,订正的测风数据,利用软件计算不同方案发电量,3、方法步骤,经济性对比排序方案,4）,3）,2）,1）,气象站长期测风数据；气象站同期逐小时风速风向数据； 30年逐年、月平均风速 累年平均气温、气压 极端记录至少完整年的测风数据。,2）订正的测风资料,数据验证；数据订正；,准备资料：风资源数据选择
17、分析区域绘制所选区域的等高线确定测塔位置设置区域的粗糙度绘制风机发电量曲线和推力系数曲线设定边界网格数计算风图谱绘制风资源分布图输入微观选址坐标计算发电量,3）利用软件计算不同方案发电量,Meteodyn WT使用计算流体力学方法(CFD)进行风力建模。,Meteodyn WT软件简介,给出来风资源空间分布特征；,仿真模拟实际地形和机位；,提高计算复杂地形风资源分布的精度。,软件需要的数据,软件分人工和自动优化两种风机布置方法,软件主要计算结果 风资源分布图； 风机机位； 单台风机和风场发电量。,左旗区域70米高度风功率密度分布图（6.4 m/s7.61 m/s）,准备资料：导入带有粗糙度的地
18、形图导入dtm地形参数图导入风图谱数据计算测风塔单点的风资源计算轮毂高度处的风资源导入wasp输出的微观选址坐标设定计算参数 开始迭代优化直到发电量区域稳定,Openwind软件,规则布置方式3D6D 优化后布置方式3D6D,（45台+3台）风机，总容量49.5MW,规则布置方式4D8D 优化后布置方式4D8D,（45台+3台）风机，总容量49.5MW,规则布置方式5D10D 优化后布置方式5D10D,（45台+3台）风机，总容量49.5MW,规则布置方式4D8D 优化后布置方式4D8D,S77/1.5MW型风机（33台）总容量49.5MW,规则布置方式4D8D 优化后布置方式4D8D,MWT100/2.5MW型风机（18台+3台）总容量49.5MW,4）经济性对比排序,谢谢各位领导和同事们,欢迎大家批评指正,
