关键词：复杂地形；风力资源；风电场选址
引言
风无所不在，风是自然环境中发生的自然现象之一。由于地球自转和公转的原因，导致地球大气温度分布不均和大气压力分布不均。在不均匀的压力下，水平方向的空气运动就会产生风。风能是最具活力的可再生能源之一，但是随着全球温度变暖和能源危机的到来，全球资源都受到影响。因此，各国通过减少二氧化碳等温室气体的排放来保护我们生活的土地，这也在一定程度上加强了风能的开发和利用。
1、国内风力发电领域的发展现状
进入新世纪以来，中国风力发电领域迅速发展。2006年，中国的风电装机容量增加到2600兆瓦，和欧洲、美国和印度成为发展风力资源的主要市场。自2007年以来，中国风电装机容量持续增长。2008年，中国风力风电场的风电装机容量增加到7190兆瓦，新的风电装机容量增加了108%，蓄电池的风电装机容量增加了130兆瓦。蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地因为地域开阔，导致风力资源丰富，风能发展更快。自2009年以来，政府增加了对可持续能源开发领域的投资，支持和促进可再生能源的发展，以满足国内需求。作为一种新的节能清洁能源，风力发电已经取得历史性的增长进度：截止到2019年6月底，水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源装机总容量已达6.8亿千瓦，其中风电装机容量占10.5%，尤其是海上风力发电站的发电量发生了大幅度的提高。
近年来由于风力发电领域的迅速发展，导致在复杂地形地区所建风力发电场的数量显著增加。相关人员在地形复杂地区建造风电场时发现，风机的位置主要取决于风向和风机之间的风流量；风电场布置风力发电机组时，在盛行风向上要求机组间相隔5~9倍风轮直径，在垂直于盛行风向上要求机组间相隔3~5倍风轮直径，在复杂地形条件下的风电场场址，可利用软件等工具对场址风能资源进行分析，寻找风能资源丰富、具有开发价值的布机点，并结合以上布机原则进行风力发电机组布置。这将在一定程度上确保风电场建设的经济可行性，同时满足风电场的建设规模，降低风电场的建设成本。在平原地区建造风力风电场时，可以使用wsap和windfarmer软件来精确地模拟风电场布局。在进行风机设备的选择时，如果在地形平坦的地表上建造风电场，整个风电场的风力相对均匀，因此对风机选型相对复杂地形较为简单；而在地形复杂的地区建造风电场时，除了要考虑主要风向和风力效果两个因素外，地面的凹凸不平也是影响所选风机的质量、数量及布局的一个重要因素。
2、风电场项目规划阶段的风力资源分析
2.1、利用时间序列ARMA来预测风电场资源的精确度和稳定性
在对室外电力资源的分布进行探寻时，ARMA时间序列可用于准确预测并分析电力资源的分布情况。在使用这一办法时，通常要在风电场具有代表性的位置安装测风塔。如果风电场位于地形复杂的地区，就必须要考虑到各种因素对风电场资源分布的影响，如地形变化、风向变化等。如果风电场资源得不到正确评估，风电场的设计和、规划和建造阶段就可能就会出现重大问题。因此，相关人员对风力资源进行调查时，必须要把风力资源观测点设置在正确的位置，以便准确测量相关数据。如果需要更准确的测量数据，可以通过加密安装风力测速塔来更精确的捕捉风能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然而，这一过程的实行不但需要大幅度增加工作人员的数量和工程项目的建造成本，而且要进行新的场址、观测点的选址工作，这给实际的测量活动带来了诸多附加因素，因此相关人员在使用这一方法时，必须要确保各项选址条件得到有效落实。
2.2、准确判断地貌特征
不同的地貌特征对风速也有很大影响。对于地形复杂的地区，斜坡上的风速往往超过平原上的风速。在一般情况下，风速是由风角（风向与谷口周线的夹角）来确定的，但在有些情况下，还必须考虑谷口的阻挡距离。在复杂地形上，由于地面摩擦力和障碍物的影响，风速会变小很多。因此，在探寻室外风力资源的分布情况时，为了确保建立准确的数据模型，必须要考虑到当地实际的地形地貌特征。实验表明，在具有复杂地貌特征的区域，无论山底地表表面粗糙程度如何，山顶风速都高于山底风速，山表面越粗糙，风速越慢。低空风除受大型天气系统影响外，更受地形作用，下垫面物理属性不同引起的热力作用等影响，是三者要素共同作用的结果。例如丘陵山区，属复杂地形地貌，风速和风向分布的局地性非常明显。地形开阔、平坦、下垫面粗糙度小的地方，风速相对较大；反之亦然。风向受地形（如山脉、河谷、河道）走向、地势高低等影响，主导风向常与山谷、河道的走向平行。
3、规划阶段的风电场选址
风能是风速的3次方，风速相差1倍，风能相差8倍，所以，选择一个好的风电场风速是至关重要的。风电场场址选择的好坏，对风能利用的预期目的能否达到，有着关键的作用。当然，风电场还要考虑电网、交通、环境、生活等条件，但风能资源是重中之重，风电场的选址要满足风力能源丰富，风能稳定这两个基本条件。在地形复杂的情况下选择风力发电场的建设地址时，要尽可能的选择符合条件的地形。在风电场选址的规划阶段，要根据所获得的所有数据资料深入分析空气流动情况，并结合一切有利条件，来确保风电场选址的准确合理性。中国气象研究所和一些省份的相关部门编制了国家区域风力资源分布图，按风能密度和风速时数显示风力资源。这张图纸可以为相关人员的风力资源测量实验作为理论指导。在测量风力资源的分布情况时，考虑到有些风电场所在区域地形地貌的复杂性，相关人员可以与有关部门联系，收集风电场选址附近现有风电场的气象数据和运行日志，以便更好地结合地形地貌特征来确定风力资源的分布。但是有些区域没有预先确定的气象数据，这就要求相关工作人员必须确保测量实验的准确。虽然现有的数据可以用于测量风力资源的分布中，但可靠性毕竟有限。因此，在选择风电场地址时，可以通过一系列评估方法（地形特征、植物变化法、气动管道变化法和当地居民调查法）确定风电场所在地是否有足够的风力资源。
在地形复杂地区进行风电场的选址时，还必须考虑到运输和建设条件。许多风能资源丰富的地区都属于偏远地区，这些地区需要建设新的道路运输系统以满足交通运输要求。在选择风电场的建设地址时，应该尽可能地选择靠近现有道路的地点，以便减少在道路工程建设上的投资。
结束语
总而言之，选择风电场地址的基本条件是风能能源充足，风力相对稳定，风速较大的区域。准确、有效、合理的选择风电场的建设地址，这无疑是一段需要风电建设领域工作者一直走的路。目前，在复杂地区进行风电场选址时，相关人员面临的问题一直得不到有效地解决，因为风力资源充足的地区往往风力资源分布不均匀，所以相关工作人员很难准确评估风力资源的分布情况。特别是在地形复杂的勘测工作中，相关人员需要建立大量的精确的观测数据建模，这一工作的有效实施不但对作业人员的专业技术有很高的要求，对设备和资金方面也有着很高的要求。只有实现以上几点，才可以在更大程度上对复杂地形风电场的风力资源分布进行准确的测量，才可以尽可能的实现风电场选址的合理性。
参考文献：
[1]刘亚飞,王斐.关于复杂地形风电场风力资源分析及风电场选址[J].中国战略新兴产业,2018(24):11.
[2]吕辉.基于风电场风力资源评估的风电机组布局优化研究[D].上海电机学院,2018.
[3]庞浩.复杂地形风电场风力资源分析及风电场选址[D].天津大学,2011.
论文作者:文杰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：风力论文; 风电场论文; 地形论文; 资源论文; 风速论文; 风能论文; 风向论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;