基于GIS分析的風電場宏觀選址方法研究與應用

高 勇 鄭偉呈 尉正斌

（.特變電工新疆風電場股份有限公司，新疆 烏魯木齊 730050）

在風能資源的開發過程中，風電場的合理選址是重要的環節。由于我國在風電場場區選址過程中存在重投資建設、輕規劃管理的情況，因此，評判選址結果時往往受制于許多主觀要素的影響，出現基建成本過高、生態破壞嚴重等一系列問題，特別是提出“三區三線”后，土地利用的限制條件進一步增加，風電場電站規劃難度進一步增加，在復雜地形下，風電場選址非常困難，不僅需要考慮地類問題，而且需要考慮地形的影響。如何在避免紅線風險的同時節約能源，降低發電總成本，尤為重要[1]?，F階段在實際工作中，風電場電站選址時往往通過逐步查詢各個政府部門，復核風電場場址合規性，在調整過程中，多次反復，導致工作效率低。因此，亟需提出一種更高效、精確的風電場合規的選址方法。

為解決電場項目前期選址中因為地類、自然保護區等紅線因素過多導致的選址效率低下和規劃難度較大的問題，該文通過在風電場電站宏觀選址中引入GIS 可以有效提高工作效率，規避項目投資風險，減少工程量，為電站后期規劃提供有力的技術保障。

1 基于GIS 的選址方法研究

1.1 風電宏觀選址基本原則

1.1.1 風能資源相對豐富

在選定區域內，風能資源相對豐富，風速較高，風功率密度較大，且區域湍流相對較小，沒有劇烈破壞性風速；風向以及風能方向較為集中，這樣可以保證機組的有效小時數較高。根據不同地區的風切變等因素來確定該地區所適用機組的最低風速。

1.1.2 符合并網要求

做好前期政策收集工作，了解選定區域的電網規劃等相關政策；從當地政府著手，了解該區域的電網接入情況，并以此為依據，確定風電場的總裝機容量。

1.1.3 具備場址建設條件

由于風電場建設過程中需要大型零部件的運輸，因此選址過程中應當考慮交通便利的因素。盡可能地具備便利的交通運輸條件，與主干道等道路的距離越近越好。也要保證場址內具備良好的存放環境，以便于設備和材料的存放。

1.1.4 生態環境保護

風電場選址時要注意避讓生態紅線，建議主要考慮戈壁、空地等遠離生態保護區的位置。同時也要避讓居民區，避免對周圍居民產生噪聲以及光影的影響。

1.2 基于GIS 的評價指標體系確立

根據風電場選址原則和實際情況，該文著重介紹幾個需要重點關注的因素。首先是坡度因素，主要在山地區域較為常用，坡度越大，風電場的建設成本越高；其次是風速的大小、道路成本以及集電線路成本，風速越小，風電場收益越低，道路和集電線路越長，建設風電場成本越高；然后是生態保護區，風電場的建設要避讓生態紅線；最后是距離居民區的距離，如果距離過近，就會出現風機噪聲，對居民的生活造成影響[2]。該文通過GIS 獲得各指標的測量數據，并得到每個指標的得分情況圖和整體評價結果圖，以便更直觀地分析研究結果。同時可以進一步將這些評價指標分為排除指標和評估指標。排除指標包括是否位于鳥類通道、與電廠的距離、與化工廠的距離。評估指標包括坡度（度）、與主干道的距離（m）、與輸電線的距離（m）、風速（m/s）、是否屬于鳥類河口保護區。下面對這些指標進行介紹。

1.2.1 排除指標

1.2.1.1 是否涉及生態紅線

生態保護紅線的實質是保證生態不被破壞的底線，嚴格的保護機制是生態安全的最高屏障，是促進人類與自然資源和諧相處的安全底線。在生態紅線內應該盡可能地減少人類活動，禁止一切商業建設開發。

1.2.1.2 是否涉及基本農田

基本農田是保安全、促發展的最低需求，也是我國人民的“保命田”，確保基本農田需求是總體規劃確定耕地不得占用。在2008 年中共十七屆三中全會提出：“永久基本農田即對基本農田實行永久性保護，即無論什么情況下都不能改變其用途，不得以任何方式挪作它用的基本農田。”

1.2.1.3 一級林地

一級林地共分為8 類，主要有天然林、灌木林和防護林等，在進行風電場建設時要盡可能地避開天然林。

1.2.1.4 名勝景區

名勝景區主要有自然景觀和人文景觀，具有一定的文化或者科學價值。在進行風電場選址過程中要避讓該區域，特別注意的是墳墓也包括在此類中。

1.2.2 評價指標

1.2.2.1 風功率密度

風功率密度是指與風向垂直的單位面積中風所具有的功率，它的大小與風速和空氣密度有關。風功率密度越大，反映該地區的風能資源水平越高，越適合風電場的建設，風機的有效發電小時數越高。

1.2.2.2 坡度

坡度反映了地形的陡峭程度，坡度越大風電場建設過程中需要的成本越高，需要削峰填谷，施工難度以及危險性也會增加。風電場較為適合在平坦的地形進行建設，這樣可以降低建設成本，保障安全。

1.2.2.3 與升壓站的距離

風電場與升壓站距離越近，所需集電線路的長度越短，減少輸電損耗的同時也可以降低成本。

1.3 基于GIS 的風電場選址方法

基于GIS 的風電場選址方法，利用GIS對整個場區范圍進行選址排查，簡化風電場選址復雜流程，綜合考慮各影響因素評價的不確定性，科學地計算各評價指標對應權重，結合GIS 的優勢，對擬建區域進行評估，更精確地確定符合風電場建設要求的區域[3]。

在GIS 工具的支持下，獲得擬建風電場場址范圍內的高程數據，然后利用軟件內部的分析工具對場區范圍內整體的坡度、坡向、升壓站歐氏距離、主干道緩沖區、風功率密度進行分析，并對各區域的評價指標進行等級劃分，得到每個評價指標相對應的得分情況。然后，通過模型設計計算各評價指標對應的權重值，最終獲得各區域的綜合得分，從而有效選擇較適宜建設風電場的區域，其整體流程如圖1 所示[4]。

圖1 基于GIS 的風電場選址方法

2 風電場電站選址應用案例

2.1 排除區域介紹

經過調研，某縣地區風電場選址均不能涉及的區域包括生態紅線和風景名勝區，除此外風電選址不能占用基本農田。某縣生態紅線區域、北岳風景區和土地資源劃分情況分別如圖2 和圖3 所示。

圖2 某縣風景區以及生態紅線

圖3 土地資源劃分情況

從圖2 中可以得出，生態紅線主要位于某縣西部、中部和北部的山區、丘陵地帶，面積大約站某縣總面積的1/3，極大地限制了風電場電站的選址；風景區位于某縣的東北部，面積遠小于生態紅線，但是該區域風資源較好同樣影響了風電場電站的選址；從圖3 的土地資源劃分情況可以看出，某縣土地利用類型主要分為五類。分別是耕地、林地、草地、水域以及建設用地，基本不包括未利用地。

對比圖4 可以看出，在考慮排除指標后選址范圍規避了大部分林地，由此可見，選址結果以上述指標作為依據是十分可靠的?？梢酝ㄟ^排除指標來判斷風電場發電設備對當地生態環境的影響程度。

圖4 風電場選擇可用區域

2.2 不同適合區域的介紹

結合實際情況，為了更好地對研究區域的適宜程度進行分級，該研究根據所有可選擇位置的得分情況，以區域綜合得分的最高分作為上限，等間隔分為5 份，按照得分高低將整個研究區域劃分為優秀、良好、一般、較差和極差五類區域[5]。然后根據風電場選址方法，利用GIS 工具分別建立風電選址模型，如圖5 所示。為了更好地表征研究區域的適合程度，更直觀地分析研究結果。該文利用GIS分析工具包括坡度、坡向分析，歐式距離分析、緩沖區分析、重分類和加權總和，從而得到每個評價指標的等級劃分[6]。利用模型計算得到各評價指標權重后，對各區域指標得分進行加權總和，從而得到各選址區域整體評價結果如圖6 所示，從圖6 中可以看出，風電選址結果綜合得分范圍在1.67~4.06 分。

圖5 風電場宏觀選址模型

圖6 風電選址結果綜合得分

對不同評價得分進行分類，選取評分較高的區域，結合構建的排除區域篩選后，最終得到的風電場優秀選址區域如圖7 所示，從圖中可以看出，風電優秀選址區域主要位于東部的平原地區和北部的丘陵地區。從結果可以看出，在保證良好的風能資源條件下，這次推薦的場區范圍綜合考慮施工建設難度、集電線路距離和交通運輸條件等多種因素。

圖7 某縣風電選址綜合評價結果

3 結論

該文通過調研分析風電場電站選址需要考慮的相關問題以及影響因素，總結風電場的選址原則，結合模型并利用GIS 強大的分析功能，對河北某縣地區的海拔、坡度、坡向以及土地類型等相關因素進行分析。在分析過程中，將每個影響因素根據選址要求生成相對應的準則，結合模型對相關準則的權重進行確定，在得出每個準則的對應權重后，需要對權重結果進行一致性檢驗，分析得出的權重分配是否合理[7]。確定權重后，對各項指標權重進行綜合分析，得出河北某縣地區適合建設風電電場的區域。

風電場選址是一個非常復雜的過程，在選址時需要考慮的因素眾多，在該文研究的過程中，只列舉了部分常見因素，實際工作中考慮的因素更多。在實際選址過程中，可以增加更多的輸入條件來完善模型。該文通過應用GIS 強大的空間分析功能，提高風電場選址的效率以及準確性。