APP下载

关于云南山区风电场选址方法的研究分析

2021-11-25张庆忠徐广赞廖静雅

科技信息·学术版 2021年25期
关键词:选址风电场山区

张庆忠 徐广赞 廖静雅

摘要:为了有效开展云南地区风电开发建设,经过理论研究、综合分析相结合,对云南山区地形条件下风形成的原因和山区风资源的特点进行了分析,对山区风电开发的优势和难点进行了比较,并结合山区风资源的特点对山区风电场场址选择的原则和方法进行了总结。所提供的方法和思路对于合理选择云南山区风电场场址,充分利用山区风能资源,加快山区风电的开发建设具有较好的参考和应用价值。

关键词:云南;山区;风资源;风电场;选址

近年来,随着我国风电事业的快速发展,“三北地区”和沿海地区等综合开发条件较好的地区成为风电开发的重点地区。而在一些西部地区,比如云南等,虽然总体属于风能资源贫乏区,但局部地形对风速的显著影响使得部分山区的风能资源具有一定的开发价值。云南地区干雨季分明,6至9月为雨季,此时风速最小,10月中下旬后,南支西风急流逐渐在青藏高原南部形成,高空的强西风急流动量下传,造成云南近地面风速增大,冬春季风力最强,形成独具特色的风能资源,此外,随着制造技术和施工技术的不断进步,在山区建设风电场具备了大规模开发可行性。在山区开发风电,具有占地问题相对简单、与群众关系相对容易处理等优势,但复杂的地形条件决定了山区风电场的开发建设受到客观因素的制约,比如长期气象资料尤其是长期测风资料缺乏、风能资源分布复杂、道路建设条件恶劣等不利因素长期制约着山区风电的开发建设。本文对云南山区风资源成因进行研究,结合工程实际从风速年变化、相关性、风向分布等方面对山区风资源特点进行分析,并在此基础上总结出有效的山区风电场场址选择的思路和方法,用以指导山区风电场的开发建设工作。

1 云南山区风成因及风资源特点

1.1成风原因初步分析

由于山区地形复杂,局部地形对风速有很大的影响,风资源呈现多样性的特点,一个风场的风力资源可能在几种风同时作用下形成。总体上,山区风形成原因归纳为:

(1)由于山区风电场海拔高度变化较大,下垫层复杂,导致太阳照射不均匀引起温度差,由温度差和空气的湿度差而引起大气压力差,由大气压力差产生风。

(2)山脊、山谷对流风,即在山脉地区存在与海陆风类似的热循环系统。山谷风是由于山地附近山坡与周围空气受热不同造成的。白天山坡接受太阳能热多,被加热的暖空气不断上升,而谷底上空相对较冷的空气则下沉补充,形成山谷风环流。晚间山坡温降快,于是又形成了相反的环流[1]。

(3)当气流越过山脊时,气流被压缩并加速,称为伯努利效应。相对于风来说,山脊的展宽很长,当山脊走向与风向垂直时,过山脊时风速的理论提高量约为山脊前风速的 2 倍[2]。

(4)气流经过孤立的山峰时,受到山峰的阻挡,由于孤峰山体较小,气流向山峰两侧绕流,形成气流加速,称为绕流效应。越过孤峰的风速约为峰前风速的 1.5 倍。

(5)当气流经过迎风向山脊的哑口时,哑口两侧的气流受山脊的阻挡,气流向哑口运动,增加了哑口气流量,从而使风速增加,称为哑口效应[3]。

(6)当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是加速流过峡谷,风速增大。当流出峡谷时,空气流速又会减缓。由狭管效应而增大的风,称为峡谷风或穿堂风[4]。狭管效应示意见图 1。

1.2 山区风资源特点

以某山区风电场测风塔(以下称为 1 号测风塔)测风数据为基础,对山区风资源特点进行分析。1号测风塔处海拔 2203 m,塔高70 m。

1.2.1 风速的年变化

1 号测风塔 70 m 高度處的风速和风功率密度年变化曲线见图 2。

由图 2 可知:自 11 月至次年 5 月月风速较大,为大风季,对应为干季;6 ~ 10 月风速较小,为小风季,对应为湿季。即风资源分布存在明显的季节性,冬春季风速大,夏秋季风速小。风电的季节性正好与水电形成了良好的互补,干季风电出力大,水电正值枯水期,有利于电网枯水期供需平衡;湿季风电出力小,水电正值丰水期,为汛期电网消纳水电电能腾出空间。

2 山区风电场开发优势和选址难点

2.1 山区风电场开发优势

相比平原和丘陵风电场,在山区开发风电有其优势。平原、丘陵或沿海地区经济发展较快、人口密集、土地使用紧张,加之风机的噪声、光影污染等,造成在平原、丘陵或沿海地区建设风电场面临困难重重。而山区风电场基本分布于海拔 1 000 ~ 3 500 m 的大山中,尤其是 3 000 m 以上的大山,如云南已建成投产的雪邦山、百山风电场,海拔平均高度到达3600m,常年人迹罕至,与居民住所相距较远,所利用的土地多为荒地、劣地或退耕地,基本不存在征地难、与群众关系紧张等制约因素。且山区多为电网薄弱地区,兴建山区风电场,将带动山区电力和交通建设,促进对相关产业的投资和建设,从而加快当地经济发展。

2.2 山区风电场选址难点

(1)山区气象观测资料尤其是长期测风资料缺乏。

(2) 山区风能资源分布复杂,观测难度大。

(3) 山区道路条件差,道路投资比例大。

(4) 高海拔山区气候条件恶劣,风机选型要求高[5]。

3 山区风电场选址原则和方法

3.1 场址选择原则

对于山区风电开发,由于道路建设投资大、电网薄弱以及施工和运行条件差,因此,山区风电场址应遵从便于道路建设和节省道路投资、方便接入电网、利于工程施工和运行等 3 个原则重点考虑选址[6]。

3.2 场址选择方法

3.2.1 风资源初步判断

结合山区风资源的实际特点,风资源分析理论,初步判断以下几类场址平均风速较高,可以作为风电场选址的重点对象。

(1)高海拔的连续山脊和山峰。

(2)主风向上从山脉向下延伸的长峡谷。

(3)高台地。

(4)经常发生强烈气压梯度的区域内的隘口。

(5)开阔坝区两侧的高山脊。

对于缺乏测风数据的山区,一般对风资源的初步考察可以采用以下 3 种间接的方法来定性判断该区域的风资源状况。

(1)植物变形判别。植物长期受风力作用导致明显的永久变形,主要表现为树木的树干倒向某一方向,可以说明当地主风向;其次从变形的程度可以说明风力的大小和持续时间。通常年平均风速的大小是树木变形程度的主要因素。

(2)风成地貌判别。地表物质会因风而移动和沉积,如果在山区山的迎风坡岩石裸露,背风坡砂砾堆积,在缺少风速数据的地方,可以初步判断该区域年平均风速较大且主风向稳定。

(3)当地居民调查。通过对当地建筑物特点,如屋顶有没有用砖石等重物压瓦;并结合对长期居住居民的询问调查,定性了解该地区风能资源的情况。

3.2.2 交通运输

风机设备运输有难度的主要有塔筒、机舱、叶片,尤其是叶片,国内主流风机叶片全部为整体结构,随着风机功率逐渐增大,叶片长度越来越长。在目前的技术条件下,山区风电场道路大件运输的最大难点主要在于道路的转弯半径能否满足风机叶片的运输以及道路的纵坡能否满足运输机舱要求。考虑到山区交通条件的限制,在选择风机时要充分结合当地的运输条件,在条件允许时尽可能采用大型风机[7]。

3.2.3 接入系统

山区风电场建设规模较小,一般以 110 k V 或220 k V电压等级送出,山区风电场一般离城镇较远,送出线路较长。且高海拔山区冬季气候恶劣,天气寒冷,时有冰雪,部分地区覆冰大,部分地区覆冰小,覆冰分布不均匀,对送出线路杆塔设计档距要求不一。因此,对于送出线路要注意覆冰和由此引起的投资增加问题。

3.2.4 工程地质

风电场选址应选在地质构造相对稳定地段。对于高山地区的风场地质方面评估,重点考虑滑坡和泥石流等地质灾害。对于场地不良地质现象,即使风资源再好,也应采取一定的避让措施。

3.2.5 用地属性

风电场选址应严格执行国家规定的土地审批程序,优先利用荒地、劣地和非耕地,避免占用天然草地、林地,风电场范围内永久用地与临时用地不应涉及基本农田。山区风电场基本位于高山山脊,多为高山草甸、荒地或裸岩,用地属性比较简单。

3.2.6 周围环境

风电场选址应结合国家和地方规划以及建场地区的外部条件因地制宜确定,应注意风电场噪音干扰、电磁波干扰、视觉景观等对附近居民带来的生活影响[8],以及对当地旅游业造成的影响。

3.2.7 文物古迹、军事设施、航空净空区、自然保护区和矿藏

山区风电场场址范围较大,风电场选址时应通过调研收资及实地踏勘对拟选厂址处的文物古迹、军事设施、航空净空区、自然保护区和地下矿藏进行了解,在选址阶段就对风场建设的不利因素进行合理的避让。

3.3 升压站站址选择

由于山区地形条件所限,山区风电场升压站站址选择比较困难。升压站的选择,应根据电力系统的网络结构、负荷分布、城县规划、土地征用、出线走廊、交通运输、水文、地质、环境影响和生产、生活条件等因素综合考虑,进行深入的论证和分析,寻求理想的站址[9]。此外 由于山区风电场海拔高,气候条件恶劣,对升压站选址提出了一些新的要求。具体的山区风电场升压站选址原则和方法如下:

(1)符合当地的城乡建设规划,不占用重点保护的文化遗址或有开采价值矿藏的地址。

(2)注意节约用地,尽量利用荒地、劣地,不占或少占耕地。尽量减少拆迁和障碍物清理工作。

(3)注意协调与周围环境及邻近设施的相互影响。

(4)便于风电场生产人员生活、工作。

(5)山区风电风机分布分散,风机多布置于连绵数十公里的山脊上,根据风电场总体规划容量统筹安排,升压站站址的选址尽量处于规划风电场的中心位置,应便于各片区风机集中送出且集电线路路径较优。

(6)风电场集电线路回路数较多,因此升压站进出线较多,应充分考虑进出线条件,留出线路走廊,避免或减少线路的相互交叉跨越[10]。接入系统条件应便利。

(7)山区风电道路运输条件较差,普遍需要新建进站道路,升压站站址应与风电场场内道路紧密结合,充分利用已建道路,以便于施工及交通运输,减少进站道路工程量。

(8)要选择适宜的地形地貌和地质条件。高山地區升压站不能选高处,主要是交通运输存在较大困难,高处水源匮乏。同时由于海拔较高,雷暴、严寒、覆冰、大风等恶劣天气出现机会频繁,空气稀薄缺氧,对电气设备绝缘不利,升压站值守人员生活和工作条件恶劣。也不能选半山腰中,主要是滚石、塌方等地质灾害发生的可能性较大,工程土石方量较大。高山地区升压站适宜选择台地或者河滩,地形条件好,工程土石方量较少的地方,但是选在河滩的站址一定要注意防洪和水土保持问题,要计算好洪水位标高,要有切实可行的防洪和水保措施。以上选址原则和条件中,地质和接入系统条件是影响站址选择的关键因素,在地质条件允许和接入系统可行的情况下,道路建设和水源条件是影响选站的重要因素,尤其对于山区升压站,应尽量选择方便引接道路,进站道路较短,同时周边具有稳定可靠水源的站址。

4结语

(1)云南山区风电场选址是一个系统而复杂的工作,应结合本地区风资源的特点,充分考虑到山区风电建设的优势和难点,把室内选址和现场踏勘选址结合起来。

(2)风电场的选址要结合风力资源情况,将地形地貌条件、地质情况、道路运输情况、接入电网情况等多方面的因素作统筹考虑,进行经济和社会效益的综合评价,才能确定最理想的山区风电场场址。

参考文献

[1]宮靖远,贺德馨,孙如林,等.风电场工程技术手册[M].北京:机械工业出版社,2010:6-7.

[2]洪祖兰.云南山区风电场选址的方法问题[J].云南水力发电,2007,23(3):8-11.

[3]洪祖兰,张云杰.山区风资源特点和对风电机组、风电场设计的建议[J].云南水力发电,2008,24(3):4-9.

[4]高阳华,张跃,陈志军,等.山区风能资源与开发[J].山地学报,2008,26(2):185-188.

[5]张升,孙江平.复杂地形条件下的风电场风机机位布置研究[J].山东电力技术,2010(4):23-26.

[6]李承志.云南风电资源及 开发问题初 探[J].云南水力发电,2009,25(1):5-7.

[7]张毅强,沈津.福建内陆山区风电场选址的几点经验[J].能源与环境,2009(6):62-63.

[8]庞浩.复杂地形风电场风资源分析及风场选址[D]天津:天津大学建筑工程学院,2011.

[9]乔兵.风电场升压站选址应注意的问题[J].内蒙古石油化工,2009(10):89.

[10]岑晋峰.浅析风力发电场升压站站址选择[J].中国勘察设计,2013(1):80-82.

作者简介:张庆忠,男,1985年6月22日出生,本科,研究生在读,目前主要在云南从事风电、光伏等新能源开发建设工作,从事新能源开发建设工作10年以上,在风电、光伏等新能源开发、建设、选址等方面具有丰富的经验,目前正在开展风电、光伏开发与农业农村经济发展方面的研究。

猜你喜欢

选址风电场山区
风电场集电线路单相接地故障特性分析与保护
山区低等级公路设计的几点思考
基于自升式平台的某海上风电场风机安装施工方案
山区
关于场地因素影响下滑道结构的分析
保障性住房选址问题分析及选址建议
商业地产选址评价体系构建与实例分析
基于GIS的银行网点布局系统的设计与开发
风电场低电压穿越能力对电网稳定性的影响分析
解决山区环境问题的制度导向