分期開發(fā)對風(fēng)電場整體影響的探討

余文博

【摘 要】本文以啟東風(fēng)電場一期工程為例，對比分析二期工程、障礙物設(shè)置對一期工程風(fēng)機尾流和發(fā)電量的影響。通過研究在單獨一期、一二期統(tǒng)籌考慮和設(shè)置障礙物的情況下，風(fēng)電場的尾流和發(fā)電量值，得出二期建設(shè)對一期風(fēng)電場風(fēng)機尾流影響約5%、發(fā)電量影響約5%，障礙物設(shè)置對一期風(fēng)電場風(fēng)機尾流影響0.5%以內(nèi)、發(fā)電量影響2%左右。說明風(fēng)電場分期開發(fā)及周邊地形地貌變化對風(fēng)場的風(fēng)能資源評估有較大影響，在風(fēng)能評估中應(yīng)充分考慮風(fēng)電場周邊區(qū)域遠期規(guī)劃因素，使評估結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

【關(guān)鍵詞】二期；障礙物；WAsP；Meteodyn_WT；影響

0 概述

目前，風(fēng)能在全球范圍內(nèi)已安裝超過500GW，成為歐洲和許多地區(qū)的新時代發(fā)電主要來源。到2016年全球風(fēng)電投資額達到1125億美元，從業(yè)人員120萬人，風(fēng)能產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今全球發(fā)展最快的行業(yè)之一。我國風(fēng)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了高速發(fā)展的近20年時間。

陸上風(fēng)電場的生命周期為20年，部分21世紀(jì)初建成投運的陸上風(fēng)電場目前已進入生命周期的尾聲[1]。隨著風(fēng)電場周邊地形地貌的變化，風(fēng)電場在初始設(shè)計階段的輸入邊界條件已發(fā)生了明顯變化，地形地貌變化對風(fēng)電場最直接的影響即是對風(fēng)況的影響，進而影響風(fēng)電場發(fā)電量的產(chǎn)出，最終影響風(fēng)電場經(jīng)濟效益。

1 研究方法

WAsP軟件和法國 Meteodyn_WT 軟件是目前應(yīng)用于國內(nèi)預(yù)測風(fēng)電場發(fā)電量最成熟的軟件，在測風(fēng)塔實測數(shù)據(jù)確定的前提下，周邊障礙物的位置和賦值大小是推求風(fēng)電場區(qū)域的風(fēng)能資源的主要影響因素。本文以啟東風(fēng)電場一期工程為例，通過對比二期工程、障礙物設(shè)置對一期發(fā)電量的影響，來評估風(fēng)場周邊地形地貌變化對風(fēng)電場區(qū)域風(fēng)速、尾流和發(fā)電量的影響。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

啟東風(fēng)電場分為2期。一期布置1.5MW風(fēng)機61臺，總裝機規(guī)模為91.5MW[2]，二期布置2MW風(fēng)機47臺2000kW風(fēng)機，總裝機容量94MW[3]。

啟東境內(nèi)地勢平坦，溝河縱橫，屬沿海低平地區(qū)，地面高程在1.6～4.1m（黃海高程，下同）左右。啟東風(fēng)電場位于啟東東南部黃海邊灘涂地區(qū)，場址范圍為協(xié)興港至S336線（省道）以南1.5公里處，場址區(qū)域南北長約14km，東西寬約500m～1200m（含新圍墾的寅興墾區(qū)）。

風(fēng)電場場址地理位置示意圖見圖3.1-1。

圖3.1-1 風(fēng)電場場址地理位置示意圖

2.2 輸入風(fēng)況

2.2.1 測風(fēng)塔概況

啟東風(fēng)電場場址及附近共安裝1#～5#測風(fēng)塔，其中1#～4#位于場址內(nèi)，測風(fēng)塔位置如圖3.2-1。測風(fēng)設(shè)備采用美國Second Wind公司的Nomad-2型測風(fēng)儀。

圖3.2-1 啟東風(fēng)電場測風(fēng)塔相對位置示意圖

2.2.2 場址所在地區(qū)風(fēng)資源分布

各測風(fēng)塔代表年不同高度年平均風(fēng)速見表3.2-1。

表3.2-1 各測風(fēng)塔代表年各月平均風(fēng)速統(tǒng)計表

單位：m/s

（1）沿海堤方向分布

根據(jù)測風(fēng)成果，位于風(fēng)電場場址最南端的1#測風(fēng)塔與位于最北端的5#測風(fēng)塔各高度風(fēng)速比較接近，位于中部的2#、3#、4#測風(fēng)塔各高度風(fēng)速呈規(guī)律性變化，可見風(fēng)電場址所在地區(qū)南、北兩端風(fēng)資源比較接近并優(yōu)于中部地帶；

（2）由沿海向內(nèi)陸方向分布

風(fēng)電場自沿海向內(nèi)陸方向依次安裝了2#、3#、4#三座測風(fēng)塔，根據(jù)這三座測風(fēng)塔測風(fēng)成果可見，風(fēng)電場場址由沿海向內(nèi)陸方向風(fēng)速依次呈遞減趨勢。

（3）風(fēng)電場參證測風(fēng)塔選取

結(jié)合風(fēng)電場場址及附近五座測風(fēng)塔的安裝位置及測風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)量，選擇位置在場內(nèi)且實測數(shù)據(jù)更為完整可靠的1#、4#測風(fēng)塔作為風(fēng)電場的代表測站，進行相關(guān)風(fēng)能資源分析。

2.3 對風(fēng)電場的影響分析

2.3.1 一二期風(fēng)機分布現(xiàn)狀

（1）啟東風(fēng)電場一期工程現(xiàn)狀

啟東風(fēng)電場一期工程場址范圍北至協(xié)興港、南至S336線以南1.5公里處，東西為90堤和2000堤之間，場址區(qū)域南北長約14km，東西寬約500m～1200m（含寅興墾區(qū)），面積約8.4km2。根據(jù)場址地形條件，整個風(fēng)電場共布1.5MW風(fēng)機61臺，裝機規(guī)模為91.5MW。

圖3.3-1 啟東風(fēng)電場一期工程布置圖

（2）啟東風(fēng)電場二期工程現(xiàn)狀

二期位于布置于一期工程的內(nèi)、外兩側(cè)，內(nèi)側(cè)為80堤，外側(cè)為2008年新圈圍的海堤。場址區(qū)域南北長約12km，東西寬約1800m。二期工程共布置2MW風(fēng)機47臺，總裝機容量94MW。

圖3.3-2 啟東風(fēng)電場（二期）風(fēng)機布置圖

2.3.2 啟東風(fēng)電場一期、二期工程及恒大房地產(chǎn)項目相互影響分析

近年，啟東風(fēng)電場（一期、二期）南側(cè)新建了一大型旅游商業(yè)綜合體項目“恒大威尼斯”，通過現(xiàn)場勘察及軟件建模計算分析其對啟東風(fēng)電場項目的影響。

地面障礙物如建筑物、防風(fēng)帶等對風(fēng)速、風(fēng)向產(chǎn)生的衰減影響與障礙物到測風(fēng)點的距離、障礙物和測風(fēng)點的高度有密切關(guān)系，還與障礙物的孔隙度有一定關(guān)系。為便于計算，一般將障礙物視為具有一定的長度、寬度和高度的矩形物來考慮[4]。障礙物輸入數(shù)據(jù)要經(jīng)現(xiàn)場實際勘察后才能確定，或提供一定比例的可以明確描述障礙物特征的地圖來確定。

利用風(fēng)能資源評估專業(yè)軟件（WAsP 10.0）和法國 Meteodyn_WT 軟件，結(jié)合風(fēng)電場測風(fēng)塔代表年歷時風(fēng)速、風(fēng)向系列資料及選定的風(fēng)機機型和風(fēng)電機組功率曲線，計算各風(fēng)電機組標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論年發(fā)電量。

啟東風(fēng)電場（一期、二期）風(fēng)機布置圖如圖3.3-3所示。

框內(nèi)為二期機位

圖3.3-3 啟東風(fēng)電場（一期、二期）風(fēng)能資源分布圖

分別根據(jù)1#、4#測風(fēng)塔，以及兩塔綜合（1#塔和4#塔）計算啟東一期發(fā)電量，二期建成后啟東一期發(fā)電量和考慮“恒大威尼斯”項目的障礙物影響后啟東一期、二期發(fā)電量。計算成果見表3.3-1。

2.3 小結(jié)

由表3.3-1可見，啟東風(fēng)電場一期工程單獨計算時，年理論發(fā)電量27444.2萬kWh，扣除尾流發(fā)電量25614.1萬kWh，平均尾流6.69%，利用小時數(shù)2074h，考慮二期的影響，一期扣除尾流發(fā)電量24264.6萬kWh，平均尾流11.70%，利用小時數(shù)1962h，尾流增了5.01%，利用小時數(shù)減少112h，同時考慮恒大房地產(chǎn)的影響，一期理論發(fā)電量萬26699.0kWh，扣除尾流發(fā)電量23545.9萬kWh，平均尾流11.84%，利用小時數(shù)1904h，理論電量減小745.2萬kWh，扣除尾流后的電量減小了718.7 kWh，障礙物導(dǎo)致利用小時數(shù)減少了58h。啟東風(fēng)電場二期工程年理論發(fā)電量31534.2萬kWh，扣除尾流發(fā)電量28319.9萬kWh，平均尾流10.22%，利用小時為2238h，考慮恒大房地產(chǎn)的影響，啟東二期理論發(fā)電量萬31177.1kWh，扣除尾流發(fā)電量27980.8萬kWh，平均尾流10.28%，利用小時為2212h，障礙物導(dǎo)致年利用小時數(shù)減少了26h。

綜上，啟東風(fēng)電場二期工程的建成對一期發(fā)電小時數(shù)影響較大，使啟東一期年利用小時數(shù)損失112h；恒大房地產(chǎn)項目對啟東風(fēng)電場一期、二期發(fā)電量均有一定程度的影響。

3 結(jié)論

在分期開發(fā)的風(fēng)電場運行生命周期內(nèi)，由于后期建設(shè)和周邊地形地貌變化引起的對風(fēng)電場產(chǎn)能的影響越來越普遍。本文通過對實際工程案例的后評估，說明了二期建設(shè)及障礙物設(shè)置對風(fēng)電場風(fēng)機尾流和發(fā)電量的影響是不容忽視的，因此在風(fēng)電場風(fēng)能資源評價時，建議充分考慮風(fēng)電場周邊區(qū)域的遠期規(guī)劃因素。

【參考文獻】

[1]宮靖遠.風(fēng)電場工程技術(shù)手冊[M].機械工業(yè)出版社，2005：9-50.

[2]華能啟東風(fēng)電場工程可行性研究報告.上海勘測設(shè)計研究院，2006.

[3]華能啟東風(fēng)電場二期工程可行性研究報告.上海勘測設(shè)計研究院，2009.

[4]WAsP.軟件計算原理.

[責(zé)任編輯：張濤]