马龙1 王晓丽2
1.特变电工新疆新能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐830000 2.新疆新能电力建设科技发展有限公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。如今我国对能源的需要和风力本身储量大、无污染、分布广泛等特点，使得国家和社会对于风力的开发日益关注，风力开发的工程也在越来越多平原展开。但是在复杂地形下，风力开发比较困难，存在着安装测风塔、在地形建模和数据计算的困难。开发风能资源之时，尤其在复杂地形中的风电项目会遇到更多的难题，复杂地形中的风资源分析以及风电场选址就是其中的关键问题。本文就复杂地形风电场风资源分析及风场选址展开探讨。
关键词：复杂地形；风电场；风资源；风场选址
引言
传统风电场快速发展、即将饱和的背景下，低风速风电场成为开发企业的首选目标。低风速电场要面临收益方面更大的挑战，其中复杂地形对低风速风电场前期设计、评价带来更大的难度。从风能资源、建场、收益等方面，复杂地形对低风速风电场都有关键性影响
1复杂地形下的风功率预测主要特征
复杂地形条件下的风电场，例如高山地区风场，由于地势复杂，风向及风速等差别较大，尾流影响也无规律可寻，进而造成该区域内的风力发电量差异较为显著，上述因素对于复杂地形条件下的风功率预测有直接影响。通常在大中型高山地区风电场中，因为风机组所处的自然环境差异巨大，因此各机组位置的高度也存在差异，风速处于偏大状态。此外，受复杂地形的影响，风向差别也偏大，一般在20°～90°之间。高山地区由于地势复杂造成风流强度不断增强，各风机组的湍流强度差异也十分明显，因此在规划风电场中，运用CFD软件进行模拟，不难看出复杂地形的风功率具有无规律等特征。比如，风场处于高海拔区域时，由于海拔偏高且暴风雨天气较为频繁，造成该类地域风场密度较低、风速较低、风向变化较快，从而致使该区域内的风功率预测难度进一步加大。
2如何进行复杂地形的风资源分析
2.1利用时间序列ARMA来预测精确度和稳定性
现在分析电场风资源时，可利用时间序列ARMA来预测其精确度和稳定性。普通的情况下，可在风电场正中间位置安装一座测风塔。但当风电场位于复杂地形时，就应综合考虑具体地形的变化、风的方向等多种参考因素。如果对风电场的资源评估错误，则后期风电场的设计与建造则会出现巨大的问题。因此，可将气象站的测点安装在合适的位置，从此合适的高度测得相关数据。如若需要更加精确的数据，则可以通过大规模设立测风塔，记录风资源数据，但此做法需要巨大的人力物力财力，也不可能常年进行测量，因此不实际。
2.2风场长时期的风资源评估
在明确风场年度发电量是否趋于稳定时，两项数据十分重要，即风场年度平均风速变化记录、风场风速频率分布走向记录。在长时期的气象观测信息中可以看出，如仅采用一年的风场相关数据就表示该区域内的长时期风速情况，极有可能会造成误差，而且此类误差大致在10%左右，而与之相关的发电量预估误差率则大约为15%。因此可以说明掌握的风场数据信息越少，则越容易存在较大误差。在风速偏低地区，风场的发电量会因为风速而存在较为明显的变化，因此风资源预估结果也会产生更大误差。一般而言，风场内年度平均风速误差率在10%，那么其发电量预估误差率则会在20%以上。如若采用三年的风场相关数据信息表示该区域内长时期风速的情况，那么其年度平均风速及发电量评估误差率就会明显降低，仅有4%左右。因此可以看出，采用较长时期的风场相关数据信息分析，可以有效提升风资源评估准确率。
2.3准确判断地貌特征
地貌的特征也对风速的影响很大，如果在复杂地形，山口处的风速往往比空旷的风速要更大，但是大的程度是要由夹角来决定的，即风向与谷口轴线的夹角，除此之外，谷口的阻挡距离也是一个重要因素。
并且也有如此的情况，复杂地形中，不同位置的风速也不尽相同。由于地面的摩擦力，以及障碍物的存在，风速也会大大受到影响。比如海边的风速要远远比陆地的风速大得多，有障碍物之时，由于产生涡流，则会导致风力大大减小。因此在现代风场资源的选择之中，应综合考虑地势、海拔高度、以及风机间距等因素，单方面因素分析数学模型。实验证明，无论粗糙度如何，在有山的情况下，山的最高处的风力资源以及风速要比山的较低端的风速要高。对于粗糙度不同的山来讲，山的粗糙程度越小，风速就相应越快。但是无论是哪种粗糙程度的地形，都会在山顶出现很大的加速。当山顶的距离达到百米以上时，山顶的风速差别开始变小直至基本消失。根据复杂地形的坡度而言，同一个坡度的山，距离山顶越远，加速度就越小。随着距离山顶的距离越来越大，风速也会逐渐变缓。
3风力发电机组机位布置影响因素
在风电场设计过程中，通过对一个较大地区的风力资源、湍流强度、电网接入、交通、地质情况等多种因素进行综合考察，确定出风电场的位置。在海上、草原等平坦区域，风能资源在风电场内的分布几乎没有变化。而在山区、丘陵等区域，由于地形变化较大，风电场中各个区域风能资源分布不均。风电场场内的风能分布情况除受到地面粗糙度、风机尾流、障碍物的影响外，还会受到地形变化、季节风、沟谷风等的影响，其中最主要的是风机机位海拔高度变化的影响。海拔高度变化是复杂地形条件下风电场内风能分布最主要的影响因素。同时，地形变化形成的山脊、河谷、盆地等地貌形式，造成的迎风面、背风面、峡谷效应等情况，造成风电场内各处风速与风向变化大，因此，在风机机位布置时应根据具体情况综合考虑。
4复杂地形的风电场选址
4.1山地风电场微观选址考虑因素
起伏的山地地域风电场,与开阔平原或沿海滩涂区域相比,在大环境风资源确定后,其风电场场内的风能分布情况除受到粗糙度、风机见尾流影响、障碍物的影响,还会受到地形变化造成的影响。其中最主要受到的是高程变化的影响,由于风速随高度切变的原理,而风能与风速呈三次方关系,高程变化是山地地形风电场内风能分布变化的最主要影响因素。同时,复杂地形变化形成了山脊、山谷、山凹、陡壁、盆地等地貌形式,可能产生迎风面、背风面、喇叭口等情况,造成风电场内各处风速与风向变化大、紊流强度不一、风切变、极端风况等不同情况。因此,在山地风电场的风机布置中,风机间布置间距已不是影响风电场发电量的主要因素,而在进行风电场的风机选址时,应充分考虑地形对风的影响,结合场址的范围大小,对风电场风能分布进行深入的分析。
4.2正确判断地形特点
复杂地形下的低空风不仅受当地气候影响，也受地形下垫面物理属性的直接影响。比如在丘陵地区建造风电场，由于此种地形也属于复杂条件的地貌，因此其风场的风向及风速分布的特征也十分明显。地势平坦、开阔、下垫面细致程度较高的区域，风速偏高。因此可以看出，一个地域内的风向受地貌特征的影响较大，而其主导风向与山区内的河道及山谷走向一致。
4.3准确规划测风塔数量和分布
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，也应该考虑到复杂地形的地质问题，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。
结语
从数据信息观测到风功率技术分析再到实际风场选址，是一项系统性、整体性的工作，因此，复杂地形条件下风电场风资源的分析及风场选址不仅要考虑各机组间距对于发电量的影响，而且要综合考量风电场内风资源的总体分布。
参考文献
[1]全伯仲.浅谈风力发电场微观选址的体会[J].黑龙江科技信息，2018（03）：51-53.
[2]王蕊.复杂地形风电场测风塔代表性判定方法研究[J].风能，2019（7）：66-69.
[3]王蕊.复杂地形风电场测风塔代表性判定方法研究[J].风能，2018（7）：66-69.