風(fēng)電場(chǎng)分期開(kāi)發(fā)中存在問(wèn)題的探討

　　0 引言
　　2011 年中國(guó)（不包括臺(tái)灣地區(qū)）新增安裝風(fēng)電機(jī)組11409 臺(tái)，裝機(jī)容量17630.9MW。累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組45894 臺(tái)， 裝機(jī)容量62364.2MW，年增長(zhǎng)率為39.4%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011 年全國(guó)共統(tǒng)計(jì)了10 個(gè)省（市、自治區(qū)）的限電情況，統(tǒng)計(jì)覆蓋的風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量達(dá)到18691MW，占全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量的42%[1]。經(jīng)歷一段高速發(fā)展期之后，風(fēng)電工程的開(kāi)發(fā)建設(shè)將漸趨理性。
　　受資金和國(guó)家政策等多重因素的影響，目前國(guó)內(nèi)的陸上風(fēng)電場(chǎng)的申報(bào)容量通常都在50MW 以內(nèi)。一般情況下，一個(gè)場(chǎng)址的總開(kāi)發(fā)容量會(huì)超過(guò)50MW，為了解決申報(bào)容量在50MW以內(nèi)，又能充分開(kāi)發(fā)該區(qū)域的風(fēng)能資源等問(wèn)題，采取的普遍方法是分期開(kāi)發(fā)。在分期開(kāi)發(fā)中，由于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)域面積較大，如何準(zhǔn)確地評(píng)估場(chǎng)址的風(fēng)能資源，從場(chǎng)址內(nèi)哪個(gè)區(qū)域開(kāi)始開(kāi)發(fā)等問(wèn)題都直接影響到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量和效益[2]。本文根據(jù)實(shí)際工作過(guò)程中遇到的問(wèn)題，結(jié)合一個(gè)具體工程實(shí)例對(duì)風(fēng)電場(chǎng)分期開(kāi)發(fā)中的一些問(wèn)題進(jìn)行探討。
　　1 工程實(shí)例概況
　　本文以一個(gè)已建灘涂風(fēng)電場(chǎng)為例進(jìn)行分析。該風(fēng)電場(chǎng)南北長(zhǎng)約12.3km， 東西寬約2.5km， 風(fēng)電場(chǎng)呈南北長(zhǎng)條形， 場(chǎng)址內(nèi)海拔高程約3m~5m。一期、二期工程已經(jīng)建設(shè)完成，三期工程正在實(shí)施中。風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)及附近布置三個(gè)測(cè)風(fēng)塔1#、2#、3#。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址范圍及測(cè)風(fēng)塔位置圖見(jiàn)圖1。在同一個(gè)測(cè)風(fēng)年內(nèi)，1# 測(cè)風(fēng)塔70m 高度實(shí)測(cè)年平均風(fēng)速為6.96m/s，年平均風(fēng)功率密度為357.3W/m2 ；2# 測(cè)風(fēng)塔70m 高度實(shí)測(cè)年平均風(fēng)速為6.51m/s，年平均風(fēng)功率密度為300W/m2 ；2# 測(cè)風(fēng)塔70m 高度實(shí)測(cè)年平均風(fēng)速為7.04m/s，年平均風(fēng)功率密度為360W/m2。風(fēng)電場(chǎng)主風(fēng)向和主風(fēng)能方向都為N 方向，SE、SSE 方向次之。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)范圍及測(cè)風(fēng)塔位置示意圖

　　一期風(fēng)電場(chǎng)位于場(chǎng)址西面，沿南北方向布置兩排；二期風(fēng)電場(chǎng)位于場(chǎng)址東面，沿南北方向布置一排；三期風(fēng)電場(chǎng)在一期、二期中間。一期、二期工程已經(jīng)完成，現(xiàn)在開(kāi)展三期工程工作。在三期工作開(kāi)展中發(fā)現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)逐一進(jìn)行探討并提出解決辦法。
　　2 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分析
　　在計(jì)算三期工程發(fā)電量時(shí)，為了考慮前兩期工程與本期工程風(fēng)電機(jī)組間的相互影響，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一期、二期已建工程風(fēng)電機(jī)組的尾流影響很大，有的風(fēng)電機(jī)組尾流達(dá)到17% 以上。
　　在實(shí)際工程中，風(fēng)電機(jī)組的尾流控制在10% 左右。是不是第三期工程風(fēng)電機(jī)組布置之后才使前兩期工程風(fēng)電機(jī)組的尾流達(dá)到那么大的值？為解決這個(gè)疑問(wèn)，單獨(dú)將一期、二期工程的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示，有些風(fēng)電機(jī)組的尾流影響還是接近17%。為了弄清楚原因，設(shè)計(jì)人員將原先一期、二期工程設(shè)計(jì)的資料調(diào)出來(lái)查閱，結(jié)果分析如下。[3-4]
　　一期、二期風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分析時(shí)采用的是1# 測(cè)風(fēng)塔，按照原方案的計(jì)算，場(chǎng)址內(nèi)粗糙度值取0.15，場(chǎng)址東面粗糙度值取0.03，場(chǎng)址西面粗糙度值取0.2，采用專業(yè)軟件進(jìn)行模擬，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速分布等值線圖如圖2 所示。場(chǎng)址內(nèi)平均風(fēng)速約為7.4m/s，2# 測(cè)風(fēng)塔位置的平均風(fēng)速為6.92m/s，3# 測(cè)風(fēng)塔位置的平均風(fēng)速為7.76m/s，推算出場(chǎng)址內(nèi)2# 和3# 位置的風(fēng)速分別比實(shí)測(cè)風(fēng)速高出6.2% 和10.2%。在三期工程方案中，場(chǎng)址內(nèi)粗糙度值調(diào)整為0.1，場(chǎng)址東面調(diào)整為0.01，場(chǎng)址西面調(diào)整為0.15。采用專業(yè)軟件進(jìn)行模擬，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速分布等值線圖如圖3 所示。2# 測(cè)風(fēng)塔位置的平均風(fēng)速為6.70m/s，3# 測(cè)風(fēng)塔位置的平均風(fēng)速為7.18m/s，2# 和3# 位置的風(fēng)速分別比實(shí)測(cè)風(fēng)速高出2.9% 和2%。從上面的分析可以看出，三期調(diào)整后的計(jì)算結(jié)果更貼近實(shí)測(cè)值。

圖2 風(fēng)速分布等值線圖 （原方案）

圖3 風(fēng)速分布等值線圖（三期方案）

　　在原報(bào)告中，一期、二期工程中的風(fēng)電場(chǎng)尾流影響較小，整個(gè)場(chǎng)址平均尾流只有6.35%，而三期方案中，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)尾流影響達(dá)到12.5% 左右。
　　從上面的分析中可以看出，造成原報(bào)告中尾流影響小的主要原因是：在原方案評(píng)估中，風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址風(fēng)能資源模擬計(jì)算時(shí)，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速偏大。
　　風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分布是否準(zhǔn)確，直接影響風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組布置和尾流，進(jìn)一步影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的計(jì)算結(jié)果和風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益[5]。在風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址面積較大時(shí)，采用分期開(kāi)發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)，一般都立有兩座及以上的測(cè)風(fēng)塔。在《風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)》中規(guī)定的粗糙度值一般都在一個(gè)范圍內(nèi)，例如開(kāi)闊狀態(tài)農(nóng)田到封閉狀態(tài)農(nóng)田的粗糙度值是0.05~0.1，封閉狀態(tài)農(nóng)田到多樹(shù)木或灌木的粗糙度值為0.1~0.2。手冊(cè)中的這種定義使得粗糙度的取值存在一定的不確定性。為了能夠準(zhǔn)確分析一個(gè)具體風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的風(fēng)能資源，通過(guò)以上分析得出，可以根據(jù)測(cè)風(fēng)塔同期攝影實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)粗糙度值進(jìn)行調(diào)整，可以有效降低粗糙度取值的不確定性。[6-7]