王浤宇
中国华电科工集团有限公司
摘要：作为风电场开发前期的关键工作，风资源评估需要结合大量的测风、地形数据，优化微观选址，挖掘开发潜力。而复杂山地更具挑战，需要更加精确的预测，要求构建合适的CFD模型。基于此，文章对山地风场风资源预测及评估进行了分析。
关键词：山地，风电场，风资源，预测，评估
1 风场长期风资源预测
在评估山地风场年发电量是否足够稳定时，年平均风速变化和风速频率分布非常重要。由气象站长时间观测数据发现，如果仅用1年的现场测风数据代表当地的长时间风速状况，很可能会引起误差，且误差能达到10%，而相应的发电量预测误差能接近15%。这在现场数据越少的情况下，误差越容易产生。在风速较低的区域，发电量会由于风速变化改变得更加明显，所以预测结果会有更大的误差。通常，年平均风速误差若有10%，那么发电量预测误差会达到20%。相反地，如果用3年的现场测风数据来代表当地的长时间风速状况，平均风速和年发电量与长期平均值之间的误差就会很低，只有3%和4%。由此可见，精准地预测现场长时间风况对于评估规划风电场的发电量至关重要。
2 山区风电场资源分析
2.1基于数理统计的风能资源评估
风能与风速的三次方成正比，是影响风能最重要的参数。数理统计方法一般是利用测风塔、气象站的测风数据，通过构建数学模型，最终得出风功率密度等风场评估参数。自20世纪70年代以来，人们建立了大量的统计模型来解释风速的频率分布，并估计风力输出的能量，如威布尔分布被普遍使用。与数值模型相比，统计方法计算时间短且计算效率高，但模拟准确度不太高。人工智能技术的蓬勃发展，使得一些智能算法可以用环境数据来创建模型，这些模型准确性和精度都可大大提高，同时计算时间也得到进一步缩短。
2.2最好选在山顶部或顺风方向
山区风电场的选择，最好选在山的顶部或者顺风的方向。同时也可以选择坡度较大的地形，全力使用山体的加速效应，达到最优的风场资源。除此之外，我们也应充分考虑到地形的粗糙程度、加速效应、障碍物的遮挡效应等影响因素。许多情况下，风电场都会选择建在我国的内陆地区建设，但是在山区风力资源更需要得到开发。山区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。微观选址通常要在宏观选址的前提下对风力发电场的机组布设位置做进一步细化工作，还要深入分析风力发电场的各项指标，以实现布机的合理化与科学化。所以如果在复杂地区建立模型，就应该充分考虑当时的地形情况，不能简单的将地形模拟成为单山或者双山的模型。根据风场和风场周围的大气稳定度不同，处于时刻变化的大气，应是我们以后在山区建立模型的一个研究重点，在模拟和建立的过程中，将大气是否稳定作为风力资源稳定程度的重中之重;另外微观选址会采用到多种类型的数据，例如气候、天象、地形、地貌、输入风能以及WASP软件等，通过计算机固有功能来顺利完成复杂计算。
2.3基于数值模拟的风能资源评估
气象站的风力测量有局限性，易出现站点分布不均、数据短缺和仪器异常导致数据错误等问题。具有更高空间分辨率的气候模型可克服上述缺点，该方法可以获得模拟区域内所有空间立体网格点上的风能参数，能全面地对风能资源进行评估，尤其针对山区和海上的优势更大。可见，建立在对边界层大气动力和热力运动物理描述基础上的数值模拟技术，要优于仅依赖观测数据的方法。
2.4多源测风资料融合分析
风力资源数据的质量是保证风能资源评估可靠性的基础。我国气象站点分布呈现明显的东部多、西部少的特点，在气象站点稀缺的地区，再分析资料、数值模式模拟、遥感探测可用以弥补站点测风数据的不足，在平原和山区地区风资源评估中得到广泛关注。
2.5准确规划测风塔数量和分布
在山区建立风电场，应该充分根据地形的情况来布置合适的测风塔，尤其注重测风塔的数量和分布情况，如果分布不当，很容易出现数据与资源测评不准确的情况，对于风电场的建设影响重大。尤其是在建设风场是，风力发电机之间也会产生相互干扰，他们的组尾流产生的气动干扰，也会使电量下降。因此，如若安装多台风力发电机，应该要多多考虑它们之间的距离问题，避免产生相互影响。与此同时，也应该考虑到山区地质问题，它的稳定程度是否可以同时进行大规模的发电。除上述地形之类的选择，我们也应考虑到整体的国家政策、规划、征地以及设备技术等问题。
2.6最好选在山顶部或顺风方向
山区风电场的选择，最好选在山的顶部或者顺风的方向。同时也可以选择坡度较大的地形，全力使用山体的加速效应，达到最优的风场资源。除此之外，我们也应充分考虑到地形的粗糙程度、加速效应、障碍物的遮挡效应等影响因素。许多情况下，风电场都会选择建在我国的内陆地区建设，但是在山区风力资源更需要得到开发。山区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。
2.7准确规划测风塔数量和分布
在山区建立风电场，应该充分根据地形的情况来布置合适的测风塔，尤其注重测风塔的数量和分布情况，如果分布不当，很容易出现数据与资源测评不准确的情况，对于风电场的建设影响重大。尤其是在建设风场是，风力发电机之间也会产生相互干扰，他们的组尾流产生的气动干扰，也会使电量下降。因此，如若安装多台风力发电机，应该要多多考虑它们之间的距离问题，避免产生相互影响。与此同时，也应该考虑到山区地质问题，它的稳定程度是否可以同时进行大规模的发电。除上述地形之类的选择，我们也应考虑到整体的国家政策、规划、征地以及设备技术等问题。
3 总结
微观选址通常要在宏观选址的前提下对风力发电场的机组布设位置做进一步细化工作，还要深入分析风力发电场的各项指标，以实现布机的合理化与科学化。所以如果在复杂地区建立模型，就应该充分考虑当时的地形情况，不能简单的将地形模拟成为单山或者双山的模型。根据风场和风场周围的大气稳定度不同，处于时刻变化的大气，应是我们以后在山区建立模型的一个研究重点，在模拟和建立的过程中，将大气是否稳定作为风力资源稳定程度的重中之重;另外微观选址会采用到多种类型的数据，例如气候、天象、地形、地貌、输入风能以及WASP软件等，通过计算机固有功能来顺利完成复杂计算。