地形圖精度對復雜地區風電場計算結果的影響

韓曉亮，孫少軍，杜燕軍，王曉林

（內蒙古電力勘測設計院，內蒙古自治區呼和浩特 010020）

影響風電場發電量計算結果的因素主要包括測風數據的精度，地形圖的精度，尾流模型應用的適宜性等因素[1-6]。本文主要就地形圖精度對復雜地區風電場的影響進行分析。

地形圖精度是一個涵義廣泛的概念，既涉及測圖的現場測量精度，又涉及到后期成圖的平面精度和高程精度，碎部點的最大測距長度等，文中的地形圖精度主要指在應用成熟的風電場發電量計算軟件計算時，其基礎地形圖的生成過程中涉及到的實測圖的測圖比例和SRTM地形圖的等高距。SRTM地形圖被廣泛應用于社會各領域，在風電領域中也逐步開始應用，曾雪蘭等已將其應用于風電場宏觀選址，風資源數值模擬等研究中[7-12]。

目前國內外成熟的對風電場年凈發電量、尾流值等計算的軟件主要包括Wasp、Windfarmer、Windsim和WT[13-15]。

風電機組吸收了風中的部分能量，所以風經過風電機組后，其速度要有所下降。在風電場中，前面的風電機組要遮擋后面的風電機組，因此坐落在下風向的風電機組的風速就低于坐落在上風向的風電機組的風速，風電機組相距越近，前面風電機組對后面風電機組風速的影響越大，這種現象稱為尾流效應。對于一個風場而言，一般指損失的發電量與總理論發電量的比值。在國內已經有一些關于尾流效應的研究[16]。

1 計算方案

本次計算采用的代表性風場位于內蒙古烏蘭察布市，地形為典型的淺山丘陵地區。本計算中擬采用相同的風機布置條件下，2種不同的風場計算范圍的10種不同精度的地形圖，不同尾流模型來計算風電場發電量考核指標中最重要的2個因素：年凈發電量和尾流值。10種不同精度的地形圖分別是由SRTM數據庫下載的等高距為1~7 m和9~10 m的地形圖以及1∶5000實測地形圖。

風力發電機組布置示意如圖1所示，2種計算范圍是指：①計算的范圍只限于本期風場的范圍（簡稱有限風場范圍），采用了2種不同的尾流模型（PARK尾流模型和CFD尾流模型）來計算；②計算范圍適當的向外延伸數公里（簡稱擴大風場范圍），應用了4種不同尾流模型來計算，分別是PARK尾流模型、修正PARK尾流模型、渦漩黏性尾流模型和CFD尾流模型。

圖1 風力發電機組布置示意圖Fig.1 Sketch map of the WTGS layout

2 計算結果與分析

經計算分析后的擴大風場范圍條件下的不同等高距不同尾流模型下的年凈發電量和尾流值如表1、2所示。

表1 擴大風場范圍不同等高距不同尾流模型年凈發電量對比Tab.1 Comparison on Net AEP of different contour-line intervals and wake models over enlarged area

表2 擴大風場范圍不同等高距不同尾流模型尾流值對比Tab.2 Comparison on wake value of different contourline intervals and wake models over enlarged area

經計算分析后的有限風場范圍條件下的不同等高距不同尾流模型下的年凈發電量和尾流值如表3所示。

表3 有限風場范圍不同等高距不同尾流模型年凈發電量和尾流值對比Tab.3 Comparison on Net AEP and wake value of different contour-line intervals and wake models over finite areas

對同一精度的地形圖應用不同尾流模型計算的年凈發電量的結果如表1、3所示，可以看出這4種模型計算結果的趨勢是一致的，其年凈發電量由大到小的相對順序依次是PARK尾流模型，CFD尾流模型、渦漩黏性尾流模型和修正PARK尾流模型。同一精度不同模型計算結果間的最大差值大約3%。

對于同一尾流模型應用不同精度的地形圖其計算的年凈發電量的差值都不大，最大差值大約1%。

采用不同精度的地形圖，不同的尾流模型計算得出的尾流值之間的差別很小，基本可以忽略不計。進一步比較擴大的風場計算范圍和有限的風場計算范圍之間的差別，如表4所示，可以看出兩者之間的差距非常也有限。

表4 不同計算范圍計算結果對比Tab.4 Comparison of calculation results in different areas

3 結論

1）不同的尾流模型對于地形圖精度的敏感度不同，利用PARK尾流模型計算出的風電場年凈發電量最大；

2）不論是擴大的風場范圍還是有限的風場范圍，不論使用何種尾流模型，不論何種精度的地形圖，風電場的年凈電量以及尾流的變化都不大，主要的原因可能是地形本身變化的影響已經超過了精度圖變化的影響。

[1] 宋麗莉，黃浩輝，植石群，等．風電場風資源測量與計算精度的控制[J]．氣象，2009，35（3）：73-80．SONG Li-li， HUANG Hao-hui， ZHI Shi-qun， et al．Precision control in measurement and calculation of wind energy resource over wind power facilities[J]．Meteorological Monthly，2009，35（3）：73-80（in Chinese）．

[2] 王遠，陸志良，郭同慶，等．基于線性模型的風電場發電量計算與分析[J]．南京航空航天大學學報，2011，43（5）：655-660．WANG Yuan，LU Zhi-liang，GUO Tong-qing，et al．Calculation and analysis of output of wind farm based on linear model[J]．Journal of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics，2011，43（5）：655-660（in Chinese）．

[3] 鄧院昌，余志，鐘權偉．風電場宏觀選址中地形條件的分析與評價[J]．華東電力，2010，38（8）：1244-1247．DENG Yuan-chang，YU Zhi，ZHONG Quan-wei．Analysis and evaluation on topographic conditions for macroscopic choice of a wind farm location[J]．East China Electric Power，2010，38（8）：1244-1247（in Chinese）．

[4] 申寬育．中國的風能資源與風力發電 [J]．西北水電，2010（1）：76-81．SHEN Kuan-yu．Wind energy resources and wind power generation in China[J]．Northwest Hydropower，2010（1）：76-81（in Chinese）.

[5] 吳永忠，王歡歡．風切變對大直徑風力機風輪輸出功率影響的初探[J]．能源工程，2011（6）：33-35．WU Yong-zhong，WANG Huan-huan．Preliminary analysis on effect of wind shear on output power for large diameter wind turbine[J]．Energy Engineering，2011（6）：33-35（in Chinese）.

[6] 李玲玲，李俊豪，王大為，等．基于小波分析和時間序列的風速預測[J]．陜西電力，2011（12）：36-38．LI Ling-ling，LI Jun-hao，WANG Da-wei．Wind speed forecasting based on wavelet analysis and times series method[J]．Shaanxi Electric Power，2011（12）：36-38（in Chinese）.

[7] 馮雙磊，王偉勝，劉純，等．NCEP/NCAR再分析數據在風能資源評估中的應用研究[J]．資源科學，2009，31（7）：1233-1237．FENG Shuang-lei，WANG Wei-sheng，LIU Chun，et al．The application of NCEP/NCAR reanalysis data to the assessment of the wind resource[J]．Resources Science，2009，31（7）：1233-1237（in Chinese）．

[8]牟磊，劉天龍．利用STRM和NCEP數據提高風電場宏觀選址的準確性[J]．電網與清潔能源，2009，25（8）：54-58．MOU Lei，LIU Tian-long．Improve accuracy for macrositing of wind farm based on necp and strm data[J]．Power System And Clean Energy，2009，25（8）：54-58（in Chinese）．

[9] 曾雪蘭，余志，鄧院昌，等．SRTM數字高程模型在MM5風場模擬中的應用[J]．資源科學，2008，30（5）：662-666．ZENG Xue-lan，YU Zhi，DENG Yuan-chang， et al．Application of srtm dem in the numerical simulation of wind fields using MM5[J]．Resources Science，2008，30（5）：662-666（in Chinese）．

[10]安辛克，李琳琳，張運剛．不同分辨率SRTM-DEM的數字地形分析比較研究[J]．測繪與空間地理信息，2010，33（6）：73-75．AN Xin-ke，LI Lin-lin，ZHANG Yun-gang．Comparative research of didital terrain analysisi based on different resolution srtm-dem[J]．Geomatics&Spatial Information Technology，2010，33（6）：73-75（in Chinese）．

[11]高陽華，王堰，邱新法，等．基于GIS的復雜地形風能資源模擬研究[J]．太陽能學報，2008，29（2）：163-169．GAO Yang-hua，WANG Yan，QIU Xin-fa，et al．Simulation study on wind energy resource over the rugged terrains based on gis[J]．Acta Engergiae Solaris Sinica，2008，29（2）：163-169（in Chinese）．

[12]呂雪芹，余志，鄧院昌，等．基于特征點修正的SRTM數據在風能資源微觀評估中的應用[J]．測繪科學，2008，33（4）：161-162．LXue-qing，YU Zhi，DENG Yuan-chang，et al．Application of SRTM data with elevation revision in wind resource assessment[J]．Science of Surveying and Mapping，2008，33（4）：161-162（in Chinese）．

[13]楊振斌，薛桁，袁春紅，等．用于風電場選址的風能資源評估軟件[J]．氣象科技，2001，29（3）：54-57．YANG Zhen-bin，XUE Heng，YUAN Chun-hong，et al．Evaluating software for address for wind energy[J]．Meteorological Sciencea，2001，29（3）：54-57（in Chinese）.

[14]李雪，李桂敏，李偉宏，等．WEPAS和WAsP在復雜地形條件下的適應性用[J]．電網與清潔能源，2011，27（10）：87-92．LI Xue，LI Gui-min，LI Wei-hong，et al．Adaptability of WEPAS and WAsP software in complicated terrain conditions[J]．Power System And Clean Energy，2011，27（10）：87-92（in Chinese）.

[15]韓春福．風能資源評估方法的分析與應用[J]．節能，2009（5）：22-24．HAN Chun-fu．Analysis and application of the wind energy resources assessment measures[J]．Energy Conservation，2009（5）：22-24（in Chinese）.

[16]陳樹勇，戴慧珠，白曉民，等．尾流效應對風電場輸出功率的影響[J]．中國電力，1998，31（11）：28-31．CHEN Shu-yong，DAI Hui-zhu，BAI Xiao-min，et al．Impact of wind turbine wake on wind power output[J]．Electrc Power，1998，31（11）：28-31（in Chinese）．