地理信息系統在風電中的應用

劉敏

摘 要：風能是一種潔凈的可再生能源。面對日益嚴峻的能源環境問題，安全、清潔、優質的綠色能源越來越受到各國的廣泛關注，該文利用地理信息系統（GIS）理論基礎和技術手段，為風電場選址、產業數據庫建立、風功率預測提供技術支持。

關鍵詞：地理信息系統 風電 應用

中圖分類號：TK89 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0019-02

風能是一種潔凈的可再生能源。面對日益嚴峻的能源環境問題，安全、清潔、優質的綠色能源越來越受到各國的廣泛關注，風能發展離不開先進的技術手段，尤其是GIS技術。該文分別闡述GIS在風電場選址、風電數據庫建立和風功率預測技術上的應用。

1 GIS在風電場選址上的應用

1.1 宏觀選址

風電場宏觀選址是在仔細研究國家和地區風電發展規劃的基礎上，詳細調查地區風能資源分布及開發情況，廣泛收集地區風電場運行數據，在若干場址中，選擇一個風能資源豐富，而且最有利用價值區域的過程。綜合以往對風電場選址方案進行的分析以及實際應用情況，考慮所有因素的影響，對風電場選址方案做出定量、全面、綜合的評價。利用GIS技術手段，將收集的資料矢量化，與風電場的風速分布圖、風功率分布、地形圖、遙感航片等資料進行疊加，采用相應的處理方法選出地勢較平坦、建設條件較好的位置優先開發，風資源較好、地形較差地區后續開發。

1.2 測風塔選址

測風塔位置選取原則，測量位置周邊應無高大建筑物、樹木等障礙物，對于地形較平坦的風電場可選擇一處安裝測量設備，對于地形較為復雜的風場，應選擇二處及以上安裝測風設備[1]。測風塔選址一般包含兩個階段，一是資源的初步觀測，判斷一個風電場的資源情況；二是一個復雜風電場的加密測風。

（1）風電場資源的初步觀測，一般在風電場宏觀選址之后，選定合適位置樹立1座測風塔，并進行至少一年的實地測風。在風電場規劃階段，測風塔位置的選擇至關重要，直接影響前期風電場產能計算的準確性，從而影響到一個項目的決策，因此，合理選擇測風塔位置非常重要。測風塔選址一般參考全國風能資源分布及各種中尺度數據并結合當地地形情況，下面介紹地形對選址的影響：利用軟件擬合風電場地形分布（見圖1），再結合當地風向（西北風），選擇合適位置樹立測風設備，美迪WT軟件缺乏投影和疊加功能，GIS軟件有投影和疊加功能，同時模擬的地形分布圖像顯示效果更清晰。采用測風塔的經驗定位法選定在F列建立一座測風塔，編號2441#，海拔1 842 m。

（2）如果場區較大或者地形復雜的風電場，場內有測風塔，但代表性不足，需要進行加密測風。利用現有測風數據，模擬分析場區資源，選擇合適的加密測風位置。2441#位置是場區最高點，無遮擋，但位于風電場邊緣，風電場又是山地風電場，故應該加密測風，利用測風塔的數字定位法，它耦合了數值天氣模式和GIS技術，利用已有測風塔模擬風電場風功率分布（見圖2），并參考GIS模擬場區走勢，擬在風電場西側和東側山梁各補立一座測風塔，海拔高度分別為1 635 m和1 659 m，進一步摸清此區域的風能資源，為后期的微觀選址提供可靠依據。

1.3 微觀選址

風電場微觀選址，是在宏觀選址選定的小區域中確定如何布置風力發電機組，使整個風電場具有較好的經濟效益的過程。

1.3.1 風電場地形圖測量

風電場初步設計需要在風電場實測1∶2 000地形圖基礎上，同時對升壓站、吊裝平臺及道路帶狀圖工程進行測量，精度比例為1∶500。利用GPS RTK測量技術，對項目區進行全野外數字測量，利用南方CASS軟件和GIS軟件進行內業處理，最終形成地形圖。地形圖包括等高線、居民區、民用線路、管線、信號塔、河流、道路等要素。為更好地管理與分析這些標志數據，一般要進行統一的投影設置、格式轉換、重采樣等操作。

1.3.2 風力發電機組定位

在進行野外定位前，需要收集所有紙質和電子的地圖，利用GIS軟件進行校正，處理地形要素和等高線等，矢量化地物，制作地表粗糙度，根據當地風向布置風力發電機組，風機距離村莊一般不小于500 m（或600 m），風機距離線路道路一般大于200 m。距離礦區一般要滿足爆破安全距離，大于300 m等，安全距離均應滿足當地規定，再利用GIS軟件建立敏感要素的緩沖區，指導風電機組避讓。現場微觀選址時，根據風電場附近至少3個國家大地控制點及點之記文件，利用基站和RTK儀器采集控制點信息后，將投影高程信息引到風電場內，使風電場內點位的采集準確。

1.3.3 GIS在風電場支持性文件上的應用

在辦理項目核準之前，需要得到有關環保、地礦、軍事、文物等方面的批復，準確確定風電場和風機的位置尤為重要，但是由于省級和地方國土局，林業局，環保廳各部門之間用的軟件和地理投影不同，需要利用GIS軟件進行相應轉換，才能精確相對位置，如果風電場和風機未占用敏感地帶，各部門會為該風電項目出具相應的支持性文件，以便項目順利開展。

2 GIS在建立風電產業數據庫的應用

風能資源空間數據庫主要包括風能資源基礎數據和下墊面背景數據。空間化處理風能資源專業觀測網測風塔獲取數據、參證氣象站數據、數值模擬產品、詳查區數據、風電場數據等風能資源基礎數據，生成圖形產品，輸入風能資源空間數據庫。將基礎地理信息數據、遙感影像數據、交通信息數據、電網信息數據、氣象災害區劃數據等下墊面背景數據，經過數據格式轉換、地理坐標系統轉換、地理定標、數據質量檢查之后，輸入風能資源空間數據庫。風能空間數據的建立便于進行數據檢索查詢[2]。避免出現兩家以上能源開發公司選擇風電場出現重合的情況，故建立風電產業數據庫有十分重要的意義。

3 GIS在風功率預測技術上的應用

為了能保障電網穩定和安全運行，同時接納有規模的風電，建立一套風電功率預測系統是很有必要的，隨著風電裝機規模的不斷擴大，電網和風電場企業均會更加重視風能預報系統，基于GIS 的風能預報技術作為風能預報系統的核心部分，隨著資料的充實和完善，必將形成對國內典型風電場資源具有記憶功能并自適應的一門專有應用型技術[3]。基于GIS技術，利用時間序列法和神經網絡法，制作風能預報技術方案，能夠適應各種地形，使預報時間更短、精度更高。

4 結語

GIS在風電行業中不僅運用地圖學、遙感，全球定位、測量等理論知識，同時也利用了GIS的軟件工具，GIS技術被應用在風電場選址、產業數據庫的建立和風功率預測方面，具有顯著技術優勢。因此GIS技術是風電行業發展中必不可少的技術之一。

參考文獻

[1] GB/T 18709-2002，風電場風能資源測量方法[S].

[2] 李茂勛.基于GIS的中國風電產業數據庫建設與應用研究[J].測繪通報，2009（1）：60-63.

[3] 胡立偉.基于GIS的風能預報技術[J].學術研究，2007（6）：37-41.