风电场精细化微观选址技术的创新应用

发表时间:2020/6/30   来源:《电力设备》2020年第6期   作者:王永军
[导读] 摘要:部分风电项目存在盈利能力较低和建设条件受限的制约问题,为此深入分析风电项目开发建设面临的严峻形势,提出将精细化微观选址技术创新应用在风电项目前期开发领域,以加强科学选址论证、边界条件核实、发电效益测算等方式促进项目建设前期各项专题要件推进,深入排查核准过程中的各项限制因素,将风电项目的快速扩张转变为精细化发展,最终促使各风电场微观选址和优化设计更加精益求精,降低内部损耗,以高质量、高标准、高
        (特变电工新疆新能源股份有限公司  新疆乌鲁木齐市  832011)
        摘要:部分风电项目存在盈利能力较低和建设条件受限的制约问题,为此深入分析风电项目开发建设面临的严峻形势,提出将精细化微观选址技术创新应用在风电项目前期开发领域,以加强科学选址论证、边界条件核实、发电效益测算等方式促进项目建设前期各项专题要件推进,深入排查核准过程中的各项限制因素,将风电项目的快速扩张转变为精细化发展,最终促使各风电场微观选址和优化设计更加精益求精,降低内部损耗,以高质量、高标准、高收益的前期项目创新核准,奠基工程建设环节建设优质高效精品风电场。
        关键词:风电场;选址;精细化;规划
        1资料搜集
        现场微观选址前需要搜集资料,制定微观选址方案。这些资料主要包括以下内容:
        ①风电项目审定后的可行性研究报告。
        ②风电场内部或附近测风塔至少一年的测风数据,测风数据完整率需满足90%以上。
        ③参证气象站情况,包括气象站建站时间、站址变更历史记录、站址周围建筑物和植被的重要变迁记录、气象站测风由人工记录变为自动观测的时间以及平行观测记录;参证气象站气象资料,主要包括近30年年平均风速、年最大风速、与测风塔测风数据同期的逐小时平均风速风向数据。
        ④风电场区域1:2000实测地形图,地形图除反映必要的地形、地貌、位置和高程信息外,还需要反映场区内居民点分布、植被和耕地覆盖、道路、输电线路、油井、石油和天燃气管线、文物、军用设备等信息,如场址位于不同行政区划边界,还应反映两省(市、县)的界线。
        ⑤风电场区域压覆矿产情况,如拟建风电场压覆矿产资源,则需要国土部门出具的安全距离说明。
        ⑥风电场区域内的其他规划用地范围。
        ⑦风电场区域的争议用地,并需要项目业主落实其可用性。
        ⑧风电机组机型参数及当地空气密度下功率曲线、推力系数。
        2微观选址方案制定
        根据搜集到的资料,首先要进行区域风能资源评估,在地形图上进行风电机组布置,制定微观选址方案。
        2.1数据检验
        测风数据检验测风数据检验需要按照《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)的规定进行。在处理测风数据时会遇到一些特殊情况,例如静风情况、测风仪遭冻结、某高度的风速仪或风向仪损坏等,需要进行原因分析和处理。
        ①静风是指平均风速小于0.5m/s的情况。此时,测风资料中显示在某时段内多个高度的风速数据均为0.4m/s,但在该时段的上下时段风速均表现正常,并且风向在该时段内几乎无变化,这种情况下多为静风状况。静风并不代表无风,只是实际风速小于测风仪的最小阈值,显示风速为0.4m/s,这种情况属于正常状态,一般持续时间较短,不需要处理。
        ②我国北方和西南的某些地区,冬季在降水之后由于气温较低,会将风速或风向仪冻结,测风资料中显示某时段内某高度的风速数据均为0.4m/s,或风向保持某一值不变,而同时段的其他高度以及其他时段内的风速风向均正常,此时对应时段的气温值处于0℃以下。这种情况下,需要将遭冻结的某高度风速数据与其他未遭冻结高度的风速数据做相关分析,并进行插补。
        ③测风塔某高度的风速仪在大风或其他情况下会损坏,表现为某高度风速数据在相当长时段内显示0.4m/s,或者从某时刻开始某高度的风速出现小于其下面高度的风速,其他高度风速和风向均正常。这种情况下,需要利用相邻高度风速数据进行插补。
        2.2风能资源评估
        微观选址在可行性研究阶段之后,风电场区域的场址、测风数据等均有可能发生变化,因此,该阶段的风能资源评估十分必要。

风能资源评估的主要内容与可行性研究阶段基本一致,主要包括风电场场址的空气密度、预装轮毂高度代表年平均风速和风功率密度、风电场区域风向和风能方向频率分布、各风速段风速和风功率密度频率分布、风速和风功率密度的年内变化和日变化、风切变指数、湍流强度、50年一遇最大风速等。
        3微观选址方案制定原则
        根据风能资源评估结论,首先需要制定合理的微观选址方案,并应遵循以下原则:
        ①尽可能布置在风电场内风能资源较好、发电量大的位置,使其能够充分利用风能资源发电。
        ②平坦地形条件下,采用规则排布,根据风电场主风向、主风能方向确定合理的风电机组排布方向和间距;复杂地形条件下,风电机组排布不规则,还需要结合地形走向,确定合理的风电机组排布间距。应尽可能减小风电机组间尾流影响,增加发电量,并使风电机组布置较为集中。
        ③综合考虑风电场的设备运输、电气、施工安装条件,力求电力电缆长度最短,运输和安装方便,尽量减少风电场配套工程投资。
        ④尽可能利用已开发的土地或荒地,不占用或少占用林地、耕地,避免对生态环境造成破坏。
        ⑤尽可能远离居民点,避免建成后风电机组运行噪音等对当地居民生活造成影响。
        ⑥尽可能远离高压输电线、石油和天然气管线、高等级公路、矿产资源压覆区等,避免在风电场建设和运行过程中产生影响和引发事故。
        ⑦尽可能远离重点文物保护区、民用和军用设施,避免风电场建设过程中产生的损坏和干扰。
        4现场微观选址
        依据制定的微观选址方案进行现场微观选址。以下将总结现场微观选址过程中需要注意的问题。
        ①为了使风电机组在运行过程中产生的噪声不影响居民的正常生活,风电机组布置与居民点之间应保持一定的距离。《风电场噪声限值及测量方法》中规定,乡村中居民住宅等需保持安静的地方,噪声限值为夜间45dB,白天55dB,夜间噪声排放最大声级不超过限制的15dB。有研究表明,现代风电机组在不同风速下的声功率级在100dB-106dB之间。按照点声源衰减公式计算,风电机组与居民点的水平距离应不小于350m。
        ②某些风电场内会有石油或天然气管线穿越,按照《石油和天然气管道保护法》的规定,在管道两侧修建构筑物的与管道距离应符合国家技术规范强制要求。因此,在遇到某些机位附近有管线分布的情况,应与管道企业落实安全距离。
        ③如遇到风电机组周边有高压线的情况,需要参照《电力设施保护条例实施细则》的有关规定进行避让。按细则规定,常见的35kV、110kV等级的电压导线边线在计算导线最大风偏情况下,距建筑物的水平安全距离分别为3m、4m,并且杆塔周边分别在5m和10m的范围内不得开挖、钻探。《风力发电场设计技术规范》规定了风电机组与架空线路安全距离应满足风电机组吊装、维护以及正常运行时不影响线路运行。因此安全距离需结合细则和规范的规定以及风电机组塔筒高度和叶片长度确定。
        ④对于风电场内公路的避让的情况,需参照《公路安全保护条例》的规定,即高速公路、国道、省道、县道、乡道建筑控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准分别不小于30m、20m、15m、10m、5m。同时安全距离还需要结合风电机组塔筒高度和叶片长度考虑。
        ⑤如遇到文物保护区、压覆矿产区域、军事保护区等情况,则需要与相关部门协商落实其与机位应控制的距离。现场选址过程中如遇到以上不满足条件的机位,则需要进行局部移动,移动的方向和距离需要结合与周边机位的距离、方位以及主风向、主风能方向,保证机位移动后相互之间的尾流影响和湍流强度都处在合理范围内。
        结语:
        精细化微观选址技术在规划环节和项目开发环节的创新应用,有效破解新能源前期发展瓶颈,降低内部损耗,确保项目产能收益。
        参考文献:
        [1]秦海岩.现阶段我国风电行业面临的主要问题综述[J].风能,2012,3(12):58-61.
        [2]刘院昌,余志.基于参考风电机组的风电场宏观选址资源评估方法[J].太阳能学报,2010,31(11):1516-1520.
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