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1、风力发电工程项目研究设计与开发第一章 场址选择风电场建设项目，其实施是一个较复杂的综合过程。风电场的规划设计，属风电场建设项目的前期工作，需要综合考虑许多方面，包括风能资源的评估、风电场的选址、风力发电机组机型选择和设计参数、装机容量的确定、风电场风力发电机组微观选址、风电场联网方式选择、机组控制方式、土建及电气设备选择及方案确定、后期扩建可能性、经济效益分析等因素。其中，对风能资源进行精确的评估，则直接关系到风电场效益，是风电场建设成功与否的关键。本章就风能资源评估和风电场微观选址问题进行描述。第一节 风能资源的评估众所周知，风况是影响风力发电经济性的一个重要因素。风能资源的评估是建设风电场
2、成败的关键所在。随着风力发电技术的不断完善，根据国内外大型风电场的开发建设经验，为保证风力发电机组高效率稳定地运行，达到预期目的，风电场场址必须具备有较丰富的风能资源。由此，对风能资源进行详细的勘测和研究越来越被人们所重视。本节对风能资源测量及评估过程作一介绍。一、 风能资源评估步骤对某一地区进行风能资源评估，为风电场建设项目前期所必须进行的重要工作。风能资源评估分如下几个阶段：1.资料收集、整理分析 从地方各级气象台、站及有关部门收集有关气象、地理及地质数据资料，对其进行分析和归类，从中筛选出具代表性的完整的数据资料。能反映某地风气候的多年（10年以上，最好30年以上）平均值和极值，如平均风
3、速和极端风速，平均和极端（最低和最高）气温，平均气压，雷暴日数以及地形地貌等。2.风能资源普查分区 对收集到的资料进行进一步分析，按标准划分风能区域及其风功率密度等级，初步确定风能可利用区。有关风功率密度级及风能可利用区的划分方法见第一章第三节。3.风电场宏观选址风电场宏观选址遵循的原则一般是，应根据风能资源调查与分区的结果，选择最有利的场址，以求增大风力发电机组的出力，提高供电的经济性、稳定性和可靠性；最大限度地减少各种因素对风能利用、风力发电机组使用寿命和安全的影响；全方位考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用、环境等因素。根据风能资源普查结果，初步确定几个风能可利用区，分别对其
4、风能资源进行进一步分析、对地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评价，并对各风能可利用区进行相关比较，从而选出并确定最合适的风电场场址。这一般通过利用收集到的该区气象台、站的测风数据和地理地质资料并对其分析、到现场询问当地居民、考察地形地貌特征如长期受风吹而变形的植物、风蚀地貌等手段来进行定性，从而确定风电场场址。有关风电场宏观选址见本章第二节。4.风电场风况观测 一般，气象台、站提供的数据只是反映较大区域内的风气候，而且，数据由于仪器本身精度等问题，不能完全满足风电场精确选址及风力发电机组微观选址的要求。因此，为正确评价已确定风电场的风能资源情况，取得具有代表性的风速风向资料，了解不同
5、高度处风速风向变化特点，以及地形地貌对风的影响，有必要对现场进行实地测风，为风电场的选址及风力发电机组微观选址提供最准确有效的数据。现场测风应连续进行，时间至少1 年以上，有效数据不得少于90%。内容包括风速、风向的统计值和温度、气压。这通过在场区设立单个或多个测风塔进行。塔的数量依地形和项目的规模而定。有关风况观测详细描述见第一章的第三节“风的测量”。5.测风塔安装 为进行精确的风力发电机组微观选址，现场所安装测风塔的数量一般不能少于2座。若条件许可，对于地形相对复杂的地区应增至48 座。测风塔应尽量设立在最能代表并反映风电场风能资源的位置。测风应在空旷地进行，尽量远离高大树木和建筑物。在选
6、择位置时应充分考虑地形和障碍物影响。如果测风塔必须位于障碍物附近，则在盛行风向的下风向与障碍物的水平距离不应少于该障碍物高度的10 倍处安置；如果测风塔必须设立在树木密集的地方，则至少应高出树木顶端10m。为确定风速随高度的变化（风剪切效应），得到不同高度风速可靠的风速值，一座测风塔上应安装多层测风仪。一般测风塔上测风仪数量可根据上述目的及地形确定。气压和温度，每个风电场场址只需安装一套气压传感器和温度传感器，其塔上安装高度为23m。测风设备的安装和管理应严格按气象测量标准进行。测量内容为风速（m /s）、风向（）、气压（hPa）、温度（）。一般，测风方案依选址的目的而不同，若是要求在选定区域
7、内确定风电场场址，则可以采用临时方案，安装一个或几个单层安装测风仪的临时塔。该塔可以是固定的，也可以是移动的，测风仪应安装在lorn和大约风力发电机组轮毂高度处（30m70m）；若测风的目的是要对风电场进行长期风况测量及对风电场风力发电机组进行产量测算，则应采用设立多层测风塔长期测量有关数据，测风仪应安装在10m、30m、50m、70m高度甚至更高。6.风电场风力发电机组微观选址 场址选定后，根据地形地质情况、外部因素和现场实测风能资源分析结果，在场区内对风力发电机组进行定位排布。有关微观选址内容见本章第三节“风电场微观选址”。二、风能资源评估参数建设风电场，选定合适的场址是至关重要的。场址选
8、择的正确与否将直接关系到许多方面的因素，近则运输、施工、安装及环境等方面，远则将来的风力发电机组出力及产量至风电场效益。而这当中，风力发电机组发电量又是决定风电场效益好坏的最直接的决定因素。而要确定正确的风电场址，首先，进行精确的风能资源评估分析是非常关键的。只有对风能资源进行详细细致的考察评估并对其进行处理计算，才能了解当地的风势风况。风能资源分析评估是设计选择建设风电场首要的条件。以下为在进行风能资源评估及风电场选址时，所要考虑的几个主要指标及因素：1.平均风速 平均风速是最能反映当地风能资源情况的重要参数。分月平均风速和年平均风速。由于风的随机性，计算时一般按年平均来进行计算。年平均风速
9、是全年瞬时风速的平均值。年平均风速越高，则该地区风能资源越好，安装风力发电机组的单机容量也可相应提高，风力发电机组出力也好。一般来说，只有年平均风速大于6m/s（合4级风）的地区才适合建设风电场。风能资源的统计分析及年平均风速的计算要依据该地区多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行（气象资料数据要统计30年以上的数据，至少10 年的每小时或每10min风速数据表，采样间隔为1m/s；现场测风设备的实际测量数据统计方式要与气象站提供数据相一致，统计时间为至少1 年）。2.风功率密度 由风能公式可知，风功率密度只和空气密度和风速有关，对于特定地点，当空气密度视为常量时，风功率密度只由风速
10、决定。由于风速具有随机性，其每时每刻都在变化，故不能使用某个瞬时风速值来计算风功率密度，只有使用长期风速观测资料才能反映其规律。风功率密度越高，则该地区风能资源越好，风能利用率也高。风功率密度的计算可依据该地区多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行；也可利用WAsP 软件对风速风向数据进行精确的分析处理后计算。3.主要风向分布 风向及其变化范围决定风力发电机组在风电场中的确切的排列方式，风力发电机组的排列方式很大程度地决定各台风力发电机组的出力，从而决定风电场的发电效率，因此，主要盛行风向及其变化范围要精确。同平均风速一样，风向的统计分析也要依据多年的气象站数据和当地测风设备的实际测
11、量数据进行。利用WAsP软件可对风向及其变化范围进行精确的计算确定。4.年风能可利用时间# 年风能可利用时间是指一年中风力发电机组在有效风速范围（一般取325m/s）内的运行时间。一般年风能可利用小时数大于2000h 的地区为风能可利用区。第二节 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，对气象条件等多方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰富、而且最有利用价值的小区域的过程。随着技术的不断发展，风能的开发和利用越来越被人们重视。但是，风能应用实际工作中，首先应予考虑的是如何选择好风力发电机组的安装场地。场址选择的好坏，对能否达到风能应用所要达到的预期目的及达到的程度，起着至关重要的作
12、用。当然，还应考虑经济、技术、环境、地质、交通、生活、电网、用户等诸多方面的问题。但即使在同一地区，由于局部条件的不同，也会有着不同的气候效应。因此如何选择有利的气象条件，力求最大限度发挥风力发电机组效益，有着重要的意义。本节主要从气象角度考虑如何进行风电场选址。宏观选址主要按如下条件进行：1.场址选在风能质量好的地区 所谓风能质量好的地区是：1）年平均风速较高；2）风功率密度大；3）风频分布好；4）可利用小时数高。2.风向基本稳定 （即主要有一个或两个盛行主风向）所谓盛行主风向是指出现频率最多的风向。一般来说，根据气候和地理特征，某一地区基本上只有一个或两个盛行主风向且几乎方向相反，这种风向
13、对风力发电机组排布非常有利，考虑因素较少，排布也相对简单。但是，也有这种情况，就是虽然风况较好，但没有固定的盛行风向，这对风力发电机组排布尤其是在风力发电机组数量较多时带来不便，这时，就要进行各方面综合考虑来确定最佳排布方案。在选址考虑风向影响时，一般按风向统计各个风速的出现频率，使用风速分布曲线来描述各风向方向上的风速分布，作出不同的风向风能分布曲线，即风向玫瑰图和风能玫瑰图。来选择盛行主风向3. 风速变化小 风电场选址时尽量不要有较大的风速日变化和季节变化。4. 风力发电机组高度范围内风垂直切变要小 风力发电机组选址时要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线，当风垂直切变非常大时，对风力发电机
14、组运行十分不利。5.湍流强度小 由于风是随机的，加之场地表面粗糙的地面和附近障碍物的影响，由此产生的无规则的湍流会给风力发电机组及其出力带来无法预计的危害：减小了可利用的风能；使风力发电机组产生振动；叶片受力不均衡，引起部件机械磨损，从而缩短了风力发电机组的寿命，严重时使叶片及部分部件受到不应有的毁坏等等。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。若条件允许，风力发电机组的轮毂高度应高出附近障碍物至少810m，距障碍物的距离应为510 倍障碍物高度。6.尽量避开灾害性天气频繁出现地区 灾害性天气包括强风暴（ 如强台风、龙卷风等）、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等，对风力发
15、电机组具有破坏性，如强风暴沙暴会使叶片转速增大产生过发，叶片失去平衡而增加机械磨擦导致机械部件损坏，降低风力发电机组使用寿命，严重时会使风力发电机组破坏；多雷电区会使风力发电机组遭受雷击从而造成风力发电机组毁坏；多盐雾天气会腐蚀风力发电机组部件从而降低风力发电机组部件使用寿命；覆冰会使风力发电机组叶片及其测风装置发生结冰现象，从而改变了叶片翼型，由此改变了正常的气动力出力，减少风力发电机组出力，叶片积冰会引起叶片不平衡和振动，增加疲劳负荷，严重时会改变风轮固有频率，引起共振，从而减少风力发电机组寿命或造成风力发电机组严重损坏；叶片上的积冰在风力发电机组运行过程中会因风速、旋转离心力而甩出，坠落
16、在风力发电机组周围，危及人员和设备自身安全，测风传感器结冰会给风力发电机组提供错误信息从而使风力发电机组产生误动作，等等。此外，由于冰冻和沙暴，会使测风仪器的记录出现误差。风速仪上的冰会改变风杯的气动特性，降低了转速甚至会冻住风杯，从而不能可靠地进行测风和对潜在风电场风能资源进行正确评估。因此，频繁出现上述灾害性气候地区应尽量不要安装风力发电机组。但是，在选址时，有时不可避免地要将风力发电机组安装在这些地区，此时，在进行风力发电机组设计时就应将这些因素考虑进去，要对历年来出现的冰冻、沙暴情况及其出现的频度进行统计分析，并在风力发电机组设计时采取相应措施。7.尽可能靠近电网 要考虑电网现有容量、
17、结构及其可容纳的最大容量，以及风电场的上网规模与电网是否匹配的问题；风电场应尽可能靠近电网，从而减少电损和电缆铺设成本。8.交通方便 要考虑所选定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车辆等。风电场的交通方便与否，将影响风电场建设。如设备运输、装备、备件运送等。9.对环境的不利影响最小 通常，风电场对动物特别是对飞禽及鸟类有伤害，对草原和树林也有些损害。为了保护生态，在选址时应尽量避开鸟类飞行路线，候鸟及动物停留地带及动物筑巢区，尽量减少占用植被面积。10. 地形情况 地形因素要考虑风电场址区域的复杂程度。如多山丘区、密集树林区、开阔平原地、水
18、域或兼有等。地形单一，则对风的干扰低，风力发电机组无干扰地运行在最佳状态；反之，地形复杂多变，产生扰流现象严重，对风力发电机组出力不利。验证地形对风电场风力发电机组出力产生影响的程度，通过考虑场区方圆50km（对非常复杂地区）以内地形粗糙度及其变化次数、障碍物如房屋树林等的高度、数字化山形图等数据，还有其他如上所述的风速风向统计数据等，利用WAsP软件的强大功能进行分析处理。11.地质情况# 风电场选址时要考虑所选定场地的土质情况，如是否适合深度挖掘（塌方、出水等），房屋建设施工、风力发电机组施工等。要有详细的反映该地区的水文地质资料并依照工程建设标准进行评定。12.地理位置 从长远考虑，风电
19、场选址要远离强地震带、火山频繁爆发区，以及具有考古意义及特殊使用价值的地区。应收集历年有关部门提供的历史记录资料。结合实际作出评价。另外，考虑风电场对人类生活等方面的影响如风力发电机组运行会产生噪声及叶片飞出伤人等，风电场应远离人口密集区。有关规范规定风力发电机组离居民区的最小距离应使居民区的噪声小于45dB（A），该噪声可被人们所接受。另外，风力发电机组离居民区和道路的安全距离从噪声影响和安全考虑，单台风力发电机组应远离居住区至少200m。而对大型风电场来说，这个最小距离应增至500m。13. 温度、气压、湿度 温度、气压、湿度的变化会引起空气密度的变化从而改变了风功率密度，由此改变风力发电
20、机组的发电量。在收集气象站历年风速风向数据资料及进行现场测量的同时应统计温度、气压、湿度。在利用WAsP软件对风速风向进行精确计算的同时，利用温度、气压、湿度的最大、最小及平均值进行风力发电机组发电量的计算验证。14. 海拔 同温度、气压、湿度一样，具有不同海 拔的区域其空气密度不同从而改变了风功率密度，由此改变风力发电机组的发电量。在利用WAsP软件进行风能资源评估分析计算时，海拔的高度间接对风力发电机组发电量的计算验证起重要作用第三节 风电场微观选址微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确定如何布置风力发电机组，使整个风电场具有较好的经济效益。一般，风电场选址研究需要两年时间，其中现场测风应
21、有至少一年以上的数据。国内外的经验教训表明，由于风电场选址的失误造成发电量损失和增加维修费用将远远大于对场址进行详细调查的费用。因此，风电场选址对于风电场的建设是至关重要的。风力发电机组微观选址时的一般选择如下：一、 平坦地形平坦地形可以定义为，在风电场区及周围5km半径范围内其地形高度差小于5m，同时地形最大坡度小于3。实际上，对于周围特别是场址的盛行风的上（来）风方向，没有大的山丘或悬崖之类的地形，仍可作为平坦地形来处理。1.粗糙度与风速的垂直变化 对平坦地形，在场址地区范围内，同一高度上的风速分布可以看作是均匀的，可以直接使用邻近气象台、站的风速观测资料来对场址区进行风能估算，这种平坦地
22、形下，风的垂直方向上的廓线与地表面粗糙度有着直接关系，计算也相对简单。对平坦地形，提高风力发电机组功率输出的唯一方法是增加塔架高度。2. 障碍物的影响 如前所述，障碍物是指针对某一地点存在的相对较大的物体，如房屋等。当气流流过障碍物时，由于障碍物对气流的阻碍和遮蔽作用，会改变气流的流动方向和速度。障碍物和地形变化会影响地面粗糙度，风速的平均扰动及风轮廓线对风的结构都有很大的影响，但这种影响有可能是有利的（形成加速区），也可能是不利的（产生尾流、风扰动）。所以在选址时要充分考虑这些因素。一般来说，没有障碍物且绝对平整的地形是很少的，实际上必须要对影响风的因素加以分析。由于气流流过障碍物时，在障碍
23、物的下游会形成尾流扰动区，然后逐渐衰弱。在尾流区，不仅风速会降低，而且还会产生很强的湍流，对风力发电机组运行十分不利。因此在设置风力发电机组时必须注意避开障碍物的尾流区。尾流的大小、延伸长度及强弱跟障碍物大小与形状有关。作为一般法则，障碍物的宽度b与高度h比b/A5 时，在障碍物下风方向可产生20倍障碍物高度h的强的扰动尾流区，宽度比越小减弱越快，宽度b 越大，尾流区越长。极端情况时即bh时，尾流区长度可达35倍障碍物高度h。尾流扰动高度可以达到障碍物高度的2倍。当风力发电机组风轮叶片扫风最低点为3倍障碍物高度h 时，障碍物在高度上的影响可以忽略。因此如果必须在这个区域内安装风力发电机组，则风
24、力发电机组安装高度至少应高出地面2倍障碍物高度。另外，由于障碍物的阻挡作用，在上风向和障碍物的外侧也会造成湍流涡动区。一般来说，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25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。二、复杂地形复杂地形是指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。局部地形对风力有很大的影响。这种影响在总的风能资源分区图上无法表示出来，需要在大的背景上作进一步的分析和补充测量。复杂地形下的风力特性的分析是相当困难的。但如果了解了典型地形下的
25、风力分布规律就有可能进一步分析复杂地形下的风电场分布。1.山区风的水平分布和特点 在一个地区自然地形的提高，风速可能提高。但这不只是由于高度的变化，也是由于受某种程度的挤压（如峡谷效应）而产生加速作用。在河谷内，当风向与河谷走向一致时，风速将比平地大；反之，当风向与河谷走向相垂直时，气流受到地形的阻碍，河谷内的风速大大减弱。新疆阿拉山口风区，属中国有名的大风区，因其地形的峡谷效应，使风速得到很大的增强。山谷地形由于山谷风的影响，风将会出现较明显的日或季节变化。因此选址时需考虑到用户的要求。一般地说，在谷地选址时，首先要考虑的是山谷风走向是否与当地盛行风向相一致。这种盛行风向是指大地形下的盛行风
26、向，而不能按山谷本身局部地形的风向确定。因为山地气流的运动，在受山脉阻挡情况下，会就近改变流向和流速，在山谷内风多数是沿着山谷吹的。然后考虑选择山谷中的收缩部分，这里容易产生狭管效应。而且两侧的山越高，风也越强。另一方面，由于地形变化剧烈，所以会产生强的风切变和湍流，在选址时应该注意。2、山丘、山脊地形的风电场 对山丘、山脊等隆起地形主要利用它的高度抬升和它对气流的压缩作用来选择风力发电机组安装的有利地形。相对于风来说展宽很长的山脊，风速的理论提高量是山前风速的2 倍，而圆形山包为1.5倍，这一点可利用风图谱中流体力学和散射实验中试验所适应的数学模型得以认证。孤立的山丘或山峰由于山体较小，因此
27、气流流过山丘时主要形式是绕流运动。同时山丘本身又相当于一个巨大的塔架，是比较理想的风力发电机组安装场址。国内外研究和观测结果表明，在山丘与盛行风向相切的两侧上半部是最佳场址位置。这里气流得到最大的加速。其次是山丘的顶部。应避免在整个背风面及山麓选定场址，因为这些区域不但风速明显降低，而且有强的湍流。3、海陆对风的影响 除山区地形外，在风力发电机组选址中遇得最多的就是海陆地形。由于海面磨擦阻力比陆地要小，在气压梯度力相同的条件下，低层大气中海面上的风速比陆地上要大。因此各国选择大型风力发电机组位置有两种：一是选在山顶上，这些站址多数远离电力消耗的集中地；一是选在近海，这里的风能潜力比陆地大50%
28、左右，所以很多国家都在近海建立风电场。从上面对复杂地形的介绍及分析可以看出，虽然各种地形风速变化有一定的规律，但做进一步的分析还存在一定的难度，因此，应在当地建立测风塔，利用实际风和测量值来与原始气象数据比较，作出修正后再确定具体方案。三、风力发电机组排列方式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是风电场设计时需要考虑的重要问题。如果排列过密，风力发电机组间的相互影响将会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造成风力发电机组振动，恶化受力状态；反
29、之，如果排列过疏，不但年发电量增加很少，而且增加了道路、电缆等投资费用及土地利用率。按标准要求，无论何种方式的排列，应保证风力发电机组间相互干扰最小化。对平坦地形当盛行主风向为一个方向或两个方向且相互为反方向时，风力发电机组排列方式一般为矩阵式分布。风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，即后排风力发电机组始终位于前排2台风力发电机组之间。根据国外进行的试验，风力发电机组间距离为其风轮直径的10倍时，风力发电机组效率将减少约20%30%，20 倍距离时无任何影响。但是，在考虑风力发电机组的风能最大捕获率或因考虑场地面积而允许出现较小干扰，并考虑道路、输电线等投资成本的前提下，可适当
30、调整各风力发电机组间间距和排距。一般来说，风力发电机组的列距约为35倍风轮直径；行距约为59倍风轮直径。当场地为多风向区，即该地存在多个盛行风向时，依场地面积和风力发电机组数量，风力发电机组排布一般采用“田”形或圆形分布，此时风力发电机组间的距离应相对大一些，通常取1012 倍风轮直径或更大。对复杂地形如山区、山丘等，不能简单地根据上述原则确定风力发电机组位置，而是根据实际地形，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。第四节 风电场选址软件介绍一、风能资源分析软件WasP为充分合理地使用风能，对于购买风力发电机组建设风电场的用户而言，首先
31、要了解当地的风能资源状况，然后根据预计产生的经济效益来决定当地是否适合建设风电场、购买风力发电机组是否可行以及选择合适的风力发电机组规格（如合适的起动风速、额定风速及功率曲线等性能参数），以期最大限度地利用当地的风能资源。没有风能资源分析评估，或者错误地分析当地风能资源，风能利用率和经济效益就不会达到预期的目的，甚至可能造成重大经济损失。在此，介绍一种目前国际上应用最广的风能资源分析软件风图谱分析及应用程序WAsP（WindAtIasAnaIysisandAppIicationProgrmm）。WAsP是由丹麦国家实验室风能应用开发部开发出来的风能资源分析处理软件，主要用于对某地风能资源进行评
32、估，正确地选择风电场场址。1. WAsP的功能WAsP的主要功能如下：1）风观察数据的统计分析；2）风功率密度分布图的生成；3）风气候评估；4）风力发电机组年发电量计算；5）风电场年总发电量计算。用 WAsP对某地区进行风能资源评估分析时，考虑了该地区一定的距离范围内不同的地形表面粗糙度的影响，以及由附近建筑物或其他障碍物所引起的屏蔽因素，同时还考虑了山丘以及由于场地的复杂性而引起的风的变化情况，从而估算出该地区真实的风能资源情况。另外，可以根据某一地区的风能资源情况逆行推算出另一点的风能资源，这对评估那些地处偏僻又无气象资料记录的地区的风能资源是非常有用的。2. WAsP的输入数据1）气象数
33、据输入 应提供3年以上的统计数据，最少1 年，由当地气象台、站提供。可以是时间序列数据或直方图数据表。主要为风速（m/s）、风向（）每小时（或3h）统计值、当地标准气压、温度及海拔。 WAsP将风向数据归类划分到0360内的12 个风向扇区内（每一扇区为30，030为第一扇区，依此类推），采用国际上通用的比恩统计法（“bin”）将风速数据归类划分到相应扇区017m/s 的风速段（ 每一风速段为1bin，01m/s为第一风速段，依此类推）。根据需要，也可以将风向扇区划分为16个。2）地表面粗糙度数据输入 地表面粗糙度是指风随高度为对数变化时平均风速为零处的高度。依地形条件，粗糙度依不同地形层次可
34、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，地表面越简单，或粗糙度变化层次越少，则粗糙度越小，对风的影响就越小。在WAsP软件中，将平坦地形粗糙度等级分成四级，其对应的粗糙度见表1-1；而对于复杂地形，则应由表1-2确定其综合粗糙度ZOR。ZOR的确定方法详见参考文献，当地表面粗糙度不是均匀变化时，可以将一个扇区内的地形分为四个分区，每个分区内的地形有相近的粗糙度，经现场实际勘察后根据表1-1确定每个分区的粗糙度等级，然后根据表1-2确定ZOR。例如，某一个扇区地形的四个分区内的粗糙等级分别是0、0、2、3，即在这个扇区内的地形粗糙度
35、等级0出现的次数为2，粗糙度等级2和3出现的次数分别为1，则其ZOR为0.015；同理，当粗糙等级分别是1、1、2、3 时，则其ZOR为0.086m。现场实际勘察的范围在2km50km之间，地形越复杂，勘察范围就越广；简单地形勘察范围可在20km内进行。在勘察无法进行的情况下，需要提供详细描述本地区的地图来确定粗糙度及其等级值。attachment=2078 attachment=2079 3）地面障碍物数据输入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；另外，还与障碍物的孔隙度有一定关系。为便于计算，一般将障碍物近似视为具有
36、一定长度、宽度和高度的矩形物来考虑。计算中要考虑：障碍物到场地某参考点（可以是测风点，也可以是风力发电机组安装地址，取决于计算内容）的距离及方位；障碍物相对场地参考点的高度；障碍物的宽度；障碍物的孔隙度等。障碍物（如建筑物、墙壁等）实度越大，则孔隙度就越大；反之，障碍物（如防风带等）实度越小，则孔隙度就越小。障碍物输入数据要经现场实际勘察后才能确定，或提供一定比例的可以明确描述障碍物特征的地图来确定（见图1-1）。4）复杂地形数据输入 复杂地形对风的影响可以由高灵敏度的“ 上升式”极坐标网表示并输入。该输入坐标网可以是直角坐标或极坐标，或者是等高线地图，它们之间可进行转换。5）计算系数输入 除
37、上述4项输人数据外，在WAsP计算分析过程中还要输入各种计算系数，如换算系数、补偿系数、场地参考坐标等，由WAsP 运行人员按要求根据实际情况确定。6）各种型号风力发电机组标准功率曲线数据输入 风力发电机组标准功率曲线是WAsP估算各种型号风力发电机组年发电量所需要的数据attachment=20803. WAsP的输出数据1）拟合威布尔分布的参数值；2）平均风速；3）017m/s 风速段风向、风速频率图；4）输人数据、障碍物、山形对某一给定点风速、风向的影响程度；5）给定点风频图；6）给定点平均风速；7）给定点风功率密度；8）风向玫瑰图；9）风能玫瑰图（表示各风向上所占风能量的大小）；10）
38、给定点风力发电机组年发电量；11）风电场年总发电量。由此可知，WAsP可以充分估算出某一给定点的风能资源情况，对风电场选址及风力发电机组排列有重要指导意义。但是，该软件是以特定的数学模型为基础的，因此，在复杂地形的风电场进行选址时，应尽可能地多安装测风仪，以实际测量的风数据作为风力发电机组微观选址时的主要依据。尽管如此，该软件仍是进行风能资源评估及风电场选址的有利工具，被各国尤其是欧洲国家普遍采用。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，应根据当地实际情况进行确定。当验证风力发电机组排布是否合理，哪一种排布方式最理想时，可利用丹麦国家实验室开发的继风能资源分析处理软
39、件WAsP之后的PARK软件（风电场风力发电机组尾流计算及最佳排列计算软件）或英国GH有限公司开发的Wind-Farmer软件（风电场设计和优化软件）进行。场址及风力发电机组一旦确定，则利用WAsP软件的结果数据及其他有关参数作为WindFarmer的输人数据进行进一步分析计算，确定出风力发电机组的排布方式，计算该排布方式下及各种不同排布方式下各风速及各风向上每台风力发电机组的发电量及风电场总的发电量，在各种方案比较后选出风力发电机组最佳排列方案。二、WindFarmer 软件风电场设计和优化软件WindFarmer（WindFarmDesignOPtimizati*oftware）是由英国自
40、然能源公司和GarradHassan公司联合组成的合资软件公司WINDOPS有限公司开发。WindFarmer软件对PARK软件进行了改进完善和补充，主要用于风电场优化设计即风力发电机组微观选址。在国外，尤其在欧洲国家，已得到了广泛应用。WindFarmer 的主要功能如下：1）对风力发电机组选址进行自动优化；2）确定风力发电机组尾流影响；3）对水平轴风力发电机组性能进行分析比较；4）确定并调整风力发电机组间的最小分布距离；5）分析确定风力发电机组噪声级；6）对风电场进行噪声分析及预测；7）排除不符合地质要求、技术要求的地段和对环境敏感的地段；8）完全可视化界面（电缆布线着色、集锦照相、根据视
41、觉优化原则编制布局地图）；9）进行财务分析；10）计算湍流强度；11）计算电气波动及电耗。使用WAsP软件的部分结果数据作为输入，WindFarmer软件与WAsP软件配套使用，是进行风电场设计及风力发电机组微观选址的重要手段。第二章 风力发电工程项目建议书第一节 项目建议书的作用和特点一、项目建议书的作用风电场项目建议书是项目发展周期的初始阶段，项目建议书阶段主要是对投资机会进行研究，以便形成项目设想，并由业主向国家提出申请建设某一风电场项目的建议文件。在前期工作中，项目建议书的作用主要体现在三个方面：1.项目建议书是国家选择和审批风电场项目的依据。国家风电发展计划最终要落实到一个个具体的风
42、电场项目上。国家对风电场项目，尤其是大中型风电场项目的比选和初步确定又是通过审批风电场项目建议书来进行的。项目建议书的审批过程实际上就是国家对所建议的众多项目进行比较筛选、综合平衡的过程。项目建议书经过批准，项目才能列入长期计划和前期工作计划。2.项目建议书是可行性研究的依据。可行性研究是在项目建议书的基础上进行的。是在项目建议书指导下开展的。3.涉及利用外资的项目，在项目建议书批准后，方可开展对外工作。二、项目建议书的特点项目建议书是对项目的轮廓性设想，主要是从宏观上来考察项目建设的必要性，看其是否符合国家长远规划的方针和要求，同时初步分析项目建设的条件是否具备，是否值得投入人力、物力作进一
43、步的深入研究。从总体上看，项目建议书是属于定性性质的，与可行性研究相比，项目建议书以下几个主要特点：1.从目的性考察看提交项目建议书的目的是为了建议和推荐项目，因此，它只是对项目的一个总体设想，主要是从宏观上考察项目的必要性，分析项目的主要建设条件是否具备，研究有没有价值投入更多的人力、物力、财力，并为进一步深入的可行性研究提供有利的依据。2.从基础性分析看项目建议书阶段是投资建设的第一步，这时还难以获得有关项目本身的详细的经济、技术、工程资料和风能资源数据。因此，其工作依据主要是国民经济和社会发展的长远规划、行业规划、地区规划、技术进步的方针、国家产业政策、技术装备政策、生产力布局状况、自然
44、资源状况等宏观信息资料，以及同类已建风电场项目的有关数据和其他经验数据。3.从内容上探究，项目建议书的内容相对简单。这一阶段的工作比较粗糙，对量化的精度要求不高，主要侧重于论证项目的是否符合国家宏观经济政策的要求，特别是产业政策、产品结构政策的要求和生产力布局方面的要求。关于市场调查，市场预测、建设条件和建设措施以及社会经济效益评价等方面不如可行性研究深入、细致。4.从方法上看在编制风电场项目建议书阶段需要运用和计算的指标不多，而且大多采用静态指标，对一般数据的精度要求不高。但对风电场的风能资源数据精度要求较高。5.从结论上判断项目建议书的结论是否值得做进一步的研究工作，其批准也不意味着是对项
45、目的决策。通常是在认为值得进行可行性研究时，才提交项目建议书的，因而其结论一般都是肯定的，而可行性研究有时会得出“不可行”的结论.第二节 项目建议书的内容项目建议书只是投资前对风电场项目的轮廓性设想，主要从投资建设的必要性方面论述，同时初步分析投资建设的可行性。基本内容：1） 投资项目的必要性和依据；2） 拟建规模和建设地点的初步设想；3） 资源情况、建设条件、协作关系的初步分析；4） 投资估算和资金筹措设想；5） 项目大体进度安排；6） 经济效益和社会效益的初步评价。项目建议书的内容总的来说比较简明，因而不同性质的项目（ 指一般项目和外商投资项目）的建议书之间的差异就比较明显。下面按项目性质
46、分别列出不同类别项目建议书的主要内容。一般风电场项目建议书的内容一般风电场项目建议书应包括以下内容：1.项目提出的必要性和依据1）说明风电场项目提出的背景、拟建地点，提出与项目有关的长远规划或电力、地区规划资料，说明项目建设的必要性。2）介绍项目业主情况，对改扩建项目要说明现有企业概况。3）设备进口项目，还要说明国内外风电设备技术和性能差距及概况，说明进口的理由。2.拟建规模、建设地点及风能资源情况1）产品的市场预测，即风电场发电量销售预测。说明当地电网容量、用电量需求及电网品质，初步分析发电量销售方向及销售价格，并出具当地电网管理部门同意电量上网的意向函。2）初步确定风电场的装机容量，一次建
47、成规模和分期建设的设想（改扩建项目还需说明原有装机及生产条件），以及对拟建规模经济合理性的评价。3）建设地点论证。分析拟建地点的自然条件和社会条件，风能资源概况及电网距离等，分析建设地点是否符合地区布局的要求。3. 建设条件、协作关系、设备选型及厂商的初步分析1）分析建设地点的施工及生产条件，如地质条件、海拔、温度及空气密度等。2）主要生产协作条件情况，水电及其他公用设施、地点材料的供应分析。3）根据建设地点的风能资源、自然地理及交通条件初步选定所用的风力发电机组机型及生产厂商，简要介绍该机型性能、参数及生产厂商的概况。4. 投资估算和资金筹措设想1）投资估算可根据掌握数据的情况，可进行详细估
48、算，也可以按当前风电单位千瓦造价进行估算。投资估算中应包括建设期利息、投资方向调节税（ 目前风电场项目没有投资方向调节税），并考虑一定时期内涨价因素的影响，利用国外政府贷款及设备进口项目还需考虑汇率浮动的影响。2）资金筹措计划中应说明资金来源，利用国内贷款需附银行出具的贷款意向书，分析贷款条件及利率，说明偿还方式、测算偿还能力。5.项目进度安排1）建设前期工作的安排，包括涉外项目的询价、考察、谈判、设计等计划。2）对项目建设过程中各工程阶段所需要的时间进行初步安排和协调，如设备订货、运输、土建、安装和调试过程所需要的时间。6.经济效益和社会效益的初步评价，包括初步的财务评价和国民经济评价1）计算项目全部投资内部收益率、财务净现值、贷款偿还期、总成本、损益及利润等指标，进行盈利能力、清偿能力的初步分析。2）项目的社会效益和社会影响的初步分析。7.环境影响评价初步分析风电场项目对当地环境的影响。如自然资源
