风电场分期开发中存在问题的探讨

　　0 引言
　　2011 年中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组11409 台，装机容量17630.9MW。累计安装风电机组45894 台， 装机容量62364.2MW，年增长率为39.4%。据统计，2011 年全国共统计了10 个省（市、自治区）的限电情况，统计覆盖的风电场总装机容量达到18691MW，占全国风电并网容量的42%[1]。经历一段高速发展期之后，风电工程的开发建设将渐趋理性。
　　受资金和国家政策等多重因素的影响，目前国内的陆上风电场的申报容量通常都在50MW 以内。一般情况下，一个场址的总开发容量会超过50MW，为了解决申报容量在50MW以内，又能充分开发该区域的风能资源等问题，采取的普遍方法是分期开发。在分期开发中，由于整个风电场场址区域面积较大，如何准确地评估场址的风能资源，从场址内哪个区域开始开发等问题都直接影响到整个风电场的装机容量和效益[2]。本文根据实际工作过程中遇到的问题，结合一个具体工程实例对风电场分期开发中的一些问题进行探讨。
　　1 工程实例概况
　　本文以一个已建滩涂风电场为例进行分析。该风电场南北长约12.3km， 东西宽约2.5km， 风电场呈南北长条形， 场址内海拔高程约3m~5m。一期、二期工程已经建设完成，三期工程正在实施中。风电场范围内及附近布置三个测风塔1#、2#、3#。风电场场址范围及测风塔位置图见图1。在同一个测风年内，1# 测风塔70m 高度实测年平均风速为6.96m/s，年平均风功率密度为357.3W/m2 ；2# 测风塔70m 高度实测年平均风速为6.51m/s，年平均风功率密度为300W/m2 ；2# 测风塔70m 高度实测年平均风速为7.04m/s，年平均风功率密度为360W/m2。风电场主风向和主风能方向都为N 方向，SE、SSE 方向次之。

图1 风电场范围及测风塔位置示意图

　　一期风电场位于场址西面，沿南北方向布置两排；二期风电场位于场址东面，沿南北方向布置一排；三期风电场在一期、二期中间。一期、二期工程已经完成，现在开展三期工程工作。在三期工作开展中发现几个问题，现逐一进行探讨并提出解决办法。
　　2 风电场风能资源分析
　　在计算三期工程发电量时，为了考虑前两期工程与本期工程风电机组间的相互影响，计算结果发现，一期、二期已建工程风电机组的尾流影响很大，有的风电机组尾流达到17% 以上。
　　在实际工程中，风电机组的尾流控制在10% 左右。是不是第三期工程风电机组布置之后才使前两期工程风电机组的尾流达到那么大的值？为解决这个疑问，单独将一期、二期工程的风电机组进行计算。结果显示，有些风电机组的尾流影响还是接近17%。为了弄清楚原因，设计人员将原先一期、二期工程设计的资料调出来查阅，结果分析如下。[3-4]
　　一期、二期风电场风能资源分析时采用的是1# 测风塔，按照原方案的计算，场址内粗糙度值取0.15，场址东面粗糙度值取0.03，场址西面粗糙度值取0.2，采用专业软件进行模拟，风电场风速分布等值线图如图2 所示。场址内平均风速约为7.4m/s，2# 测风塔位置的平均风速为6.92m/s，3# 测风塔位置的平均风速为7.76m/s，推算出场址内2# 和3# 位置的风速分别比实测风速高出6.2% 和10.2%。在三期工程方案中，场址内粗糙度值调整为0.1，场址东面调整为0.01，场址西面调整为0.15。采用专业软件进行模拟，风电场风速分布等值线图如图3 所示。2# 测风塔位置的平均风速为6.70m/s，3# 测风塔位置的平均风速为7.18m/s，2# 和3# 位置的风速分别比实测风速高出2.9% 和2%。从上面的分析可以看出，三期调整后的计算结果更贴近实测值。

图2 风速分布等值线图 （原方案）

图3 风速分布等值线图（三期方案）

　　在原报告中，一期、二期工程中的风电场尾流影响较小，整个场址平均尾流只有6.35%，而三期方案中，整个风电场尾流影响达到12.5% 左右。
　　从上面的分析中可以看出，造成原报告中尾流影响小的主要原因是：在原方案评估中，风电场场址风能资源模拟计算时，整个风电场的风速偏大。
　　风电场风能资源分布是否准确，直接影响风电场风电机组布置和尾流，进一步影响风电场发电量的计算结果和风电场经济效益[5]。在风电场场址面积较大时，采用分期开发的风电场，一般都立有两座及以上的测风塔。在《风电场工程技术手册》中规定的粗糙度值一般都在一个范围内，例如开阔状态农田到封闭状态农田的粗糙度值是0.05~0.1，封闭状态农田到多树木或灌木的粗糙度值为0.1~0.2。手册中的这种定义使得粗糙度的取值存在一定的不确定性。为了能够准确分析一个具体风电场场址的风能资源，通过以上分析得出，可以根据测风塔同期摄影实测数据对粗糙度值进行调整，可以有效降低粗糙度取值的不确定性。[6-7]