余文博

【摘 要】本文以启东风电场一期工程为例，对比分析二期工程、障碍物设置对一期工程风机尾流和发电量的影响。通过研究在单独一期、一二期统筹考虑和设置障碍物的情况下，风电场的尾流和发电量值，得出二期建设对一期风电场风机尾流影响约5%、发电量影响约5%，障碍物设置对一期风电场风机尾流影响0.5%以内、发电量影响2%左右。说明风电场分期开发及周边地形地貌变化对风场的风能资源评估有较大影响，在风能评估中应充分考虑风电场周边区域远期规划因素，使评估结果更加准确可靠。

【关键词】二期；障碍物；WAsP；Meteodyn_WT；影响

0 概述

目前，风能在全球范围内已安装超过500GW，成为欧洲和许多地区的新时代发电主要来源。到2016年全球风电投资额达到1125亿美元，从业人员120万人，风能产业已成为当今全球发展最快的行业之一。我国风能产业经历了高速发展的近20年时间。

陆上风电场的生命周期为20年，部分21世纪初建成投运的陆上风电场目前已进入生命周期的尾声[1]。随着风电场周边地形地貌的变化，风电场在初始设计阶段的输入边界条件已发生了明显变化，地形地貌变化对风电场最直接的影响即是对风况的影响，进而影响风电场发电量的产出，最终影响风电场经济效益。

1 研究方法

WAsP软件和法国 Meteodyn_WT 软件是目前应用于国内预测风电场发电量最成熟的软件，在测风塔实测数据确定的前提下，周边障碍物的位置和赋值大小是推求风电场区域的风能资源的主要影响因素。本文以启东风电场一期工程为例，通过对比二期工程、障碍物设置对一期发电量的影响，来评估风场周边地形地貌变化对风电场区域风速、尾流和发电量的影响。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

启东风电场分为2期。一期布置1.5MW风机61台，总装机规模为91.5MW[2]，二期布置2MW风机47台2000kW风机，总装机容量94MW[3]。

啟东境内地势平坦，沟河纵横，属沿海低平地区，地面高程在1.6～4.1m（黄海高程，下同）左右。启东风电场位于启东东南部黄海边滩涂地区，场址范围为协兴港至S336线（省道）以南1.5公里处，场址区域南北长约14km，东西宽约500m～1200m（含新围垦的寅兴垦区）。

风电场场址地理位置示意图见图3.1-1。

图3.1-1 风电场场址地理位置示意图

2.2 输入风况

2.2.1 测风塔概况

启东风电场场址及附近共安装1#～5#测风塔，其中1#～4#位于场址内，测风塔位置如图3.2-1。测风设备采用美国Second Wind公司的Nomad-2型测风仪。

图3.2-1 启东风电场测风塔相对位置示意图

2.2.2 场址所在地区风资源分布

各测风塔代表年不同高度年平均风速见表3.2-1。

表3.2-1 各测风塔代表年各月平均风速统计表

单位：m/s

（1）沿海堤方向分布

根据测风成果，位于风电场场址最南端的1#测风塔与位于最北端的5#测风塔各高度风速比较接近，位于中部的2#、3#、4#测风塔各高度风速呈规律性变化，可见风电场址所在地区南、北两端风资源比较接近并优于中部地带；

（2）由沿海向内陆方向分布

风电场自沿海向内陆方向依次安装了2#、3#、4#三座测风塔，根据这三座测风塔测风成果可见，风电场场址由沿海向内陆方向风速依次呈递减趋势。

（3）风电场参证测风塔选取

结合风电场场址及附近五座测风塔的安装位置及测风数据质量，选择位置在场内且实测数据更为完整可靠的1#、4#测风塔作为风电场的代表测站，进行相关风能资源分析。

2.3 对风电场的影响分析

2.3.1 一二期风机分布现状

（1）启东风电场一期工程现状

启东风电场一期工程场址范围北至协兴港、南至S336线以南1.5公里处，东西为90堤和2000堤之间，场址区域南北长约14km，东西宽约500m～1200m（含寅兴垦区），面积约8.4km2。根据场址地形条件，整个风电场共布1.5MW风机61台，装机规模为91.5MW。

图3.3-1 启东风电场一期工程布置图

（2）启东风电场二期工程现状

二期位于布置于一期工程的内、外两侧，内侧为80堤，外侧为2008年新圈围的海堤。场址区域南北长约12km，东西宽约1800m。二期工程共布置2MW风机47台，总装机容量94MW。

图3.3-2 启东风电场（二期）风机布置图

2.3.2 启东风电场一期、二期工程及恒大房地产项目相互影响分析

近年，启东风电场（一期、二期）南侧新建了一大型旅游商业综合体项目“恒大威尼斯”，通过现场勘察及软件建模计算分析其对启东风电场项目的影响。

地面障碍物如建筑物、防风带等对风速、风向产生的衰减影响与障碍物到测风点的距离、障碍物和测风点的高度有密切关系，还与障碍物的孔隙度有一定关系。为便于计算，一般将障碍物视为具有一定的长度、宽度和高度的矩形物来考虑[4]。障碍物输入数据要经现场实际勘察后才能确定，或提供一定比例的可以明确描述障碍物特征的地图来确定。

利用风能资源评估专业软件（WAsP 10.0）和法国 Meteodyn_WT 软件，结合风电场测风塔代表年历时风速、风向系列资料及选定的风机机型和风电机组功率曲线，计算各风电机组标准状态下的理论年发电量。

启东风电场（一期、二期）风机布置图如图3.3-3所示。

框内为二期机位

图3.3-3 启东风电场（一期、二期）风能资源分布图

分别根据1#、4#测风塔，以及两塔综合（1#塔和4#塔）计算启东一期发电量，二期建成后启东一期发电量和考虑“恒大威尼斯”项目的障碍物影响后启东一期、二期发电量。计算成果见表3.3-1。

2.3 小结

由表3.3-1可见，启东风电场一期工程单独计算时，年理论发电量27444.2万kWh，扣除尾流发电量25614.1万kWh，平均尾流6.69%，利用小时数2074h，考虑二期的影响，一期扣除尾流发电量24264.6万kWh，平均尾流11.70%，利用小时数1962h，尾流增了5.01%，利用小时数减少112h，同时考虑恒大房地产的影响，一期理论发电量万26699.0kWh，扣除尾流发电量23545.9万kWh，平均尾流11.84%，利用小时数1904h，理论电量减小745.2万kWh，扣除尾流后的电量减小了718.7 kWh，障碍物导致利用小时数减少了58h。启东风电场二期工程年理论发电量31534.2万kWh，扣除尾流发电量28319.9万kWh，平均尾流10.22%，利用小时为2238h，考虑恒大房地产的影响，启东二期理论发电量万31177.1kWh，扣除尾流发电量27980.8万kWh，平均尾流10.28%，利用小时为2212h，障碍物导致年利用小时数减少了26h。

综上，启东风电场二期工程的建成对一期发电小时数影响较大，使启东一期年利用小时数损失112h；恒大房地产项目对启东风电场一期、二期发电量均有一定程度的影响。

3 结论

在分期开发的风电场运行生命周期内，由于后期建设和周边地形地貌變化引起的对风电场产能的影响越来越普遍。本文通过对实际工程案例的后评估，说明了二期建设及障碍物设置对风电场风机尾流和发电量的影响是不容忽视的，因此在风电场风能资源评价时，建议充分考虑风电场周边区域的远期规划因素。

【参考文献】

[1]宫靖远.风电场工程技术手册[M].机械工业出版社，2005：9-50.

[2]华能启东风电场工程可行性研究报告.上海勘测设计研究院，2006.

[3]华能启东风电场二期工程可行性研究报告.上海勘测设计研究院，2009.

[4]WAsP.软件计算原理.

[责任编辑：张涛]