某山地风电项目的设计后评估分析

某山地风电项目的设计后评估分析

黄心浩  查家骏  王旭敏

特变电工新疆新能源股份有限公司，陕西 西安 710000

摘要：随着我国风电产业的高速发展，风电发展重心从“三北地区”正逐步向内地低风速地区发展。越来越多的风电机组安装在山地，风能资源分布受复杂地形影响，局部气候差异较大，测风塔代表区域有限，难以准确评估风能资源。通过考察已投入运行的江西某风电项目设计年发电量、年利用小时数等指标与机组实际运行的差距，找出产生差距的具体原因。并通过后评估找出问题，以达到为后期兴建项目积累经验；进一步优化设计；更准确地核算项目投资成本的目的。

关键词：山地风电；资源评估；发电量

中图分类号：TM862文献标识码：A

0 引言

风电场是在特定的地形、地貌条件和大气环境中运行的，机组运行情况和最终表现出来的发电量水平不可避免地与这些条件产生复杂的耦合。越来越多的风电机组安装在山地，风能资源分布受复杂地形影响，局部气候差异较大，测风塔代表区域有限，难以准确评估风能资源[1]。

风电场后评估主要指对一个已经投入实际运行的风电场进行全面评估，包括运行阶段的风资源以及运行阶段的风电场运行维护等情况，找出实际运行阶段与设计阶段存在的差距，同时进一步分析导致这些差异的原因[3]。

1 项目简介

本风电场场址位于崇仁县西南侧处相山镇西部的山脊上，山脊总体为南北走向。风电场区域的海拔高度约在760m～1210m。

项目采用8台WTG130-2.5机组与10台WTG140-3.0机组，轮毂高度均为90m，总容量50MW。

场区内有两座测风塔，其中7011#测风塔位于场区中部海拔最高位置，1717#测风塔数据位于场区东北部；该风电场场区南北相距约9.6km，东西最远距离约5km，场区机位点最大海拔落差达450m；从总体上看，两座测风塔对整个场区代表性一般。

风电场地形较为复杂，考虑到两座测风塔对全场代表性较差，后期对场区西北部及东南部分别进行为期1个月激光雷达测风，并对通过激光雷达数据对场区风资源情况进行校正。

2 资源评估准确性浅析

2.1 前期设计阶段发电量计算

按照前期设计，采用风资源评估软件WT计算风电场机组排布方案，取折减系数0.75，年发电量如下表所示。

表 1 方案发电量结果汇总

2.2 实际折减系数

基于ERA5-100m高度长期风数据，运行时间段中尺度平均风速为3.47m/s（100m），历史20年的年平均风速为3.39m/s（100m），故运行时间段为大风年。

表 2长期数据统计分析表

根据实际发电情况，对前期模型订正到代表年水平的折减系数与实际运行一年后项目的折减系数进行对比计算分析，对比情况见下表：

表 3折减系数对比分析表

根据上表可以看出，运行年的实际折减系数为82.52%，若考虑限电损失及检修损失电量，则实际折减系数为84.39%，高于前期设计阶段的75%。

针对该项目采用实际发电量与前期折算到运行年的发电量进行对比分析，计算各台机组由于软件偏差、测风塔代表性等不确定因素导致的发电量误差见下图：

图 1各点位发电量偏差统计

根据上图可以看出，除A1-A3点位外，位其他机位点资源的模拟偏低

，其中A4、A13偏差尤为明显。由于前期分析测风塔海拔明显高于机位点，且在加密测风过程中，两台雷达测风时间仅为1个月，插补的不确定性较大。故建议复杂山地项目需加密测风情况来减小计算带来的发电量误差。

2.3 特殊机位分析

通过对风电场的风资源进行模拟分析，各机位点的风速图如下图所示。

图 2 各机位附近的风速图谱

图 3 各机位海拔与机舱风速图

根据测风塔主风向可以看出，风向受局部地形影响较大，从而发生风向转变。根据风资源图谱及机位处海拔与机舱风速的关系图可以看出，A7、A8机组的海拔较高，A1-A3、A16-A18机组的海拔较低，且A1-A3存在一定的背风，这直接导致了A7、A8机组的风速明显高于A1-A3、A16-A18机组。A13、A14由于特殊地形的加速效应，机舱风速为全场最高。

2.4 小间距机位点分析

本项目18个机位点中，10个机位点间距小于2D，分别为：A7-A13，A15、A17-A18。统计对应机位点发电量与故障时间如下所示：

图 4 18台机组年发电量统计

图 5 18台故障时间统计

经统计，10个小间距机位点实际发电量均接近或高于平均发电量。全场18个机位点平均故障时间为159.8h，10个小间距机位点平均故障时间为138.7h，其中故障时间高于平均故障时间的为5个，最高A17机位点为442.6h。可见在本项目中，小间距对机组的发电量与安全性的影响无直接相关关系。

3 结论

随着风电的发展，低风速、复杂地形风电项目逐步成为风电开发的重点区域。应加强识别和规避低效机位的能力，对于主风向集中且垂直主风向的山脊，加密风机点位排布，同一场区选择海拔相对较高的机位。

在复杂山地项目中，对于地形变化处多设立测风塔；若条件不满足，建议在平均海拔处设立测风塔，同时对高海拔和低海拔地区进行一定时间的激光雷达测风工作，起到对测风塔校正的作用。

在本项目中，小间距对机组的发电量与安全性的影响无直接相关关系。建议在以后的山地项目方案设计中，可舍弃低效点位，在风资源较好区域适当加密排布，提高全场发电量。

风电项目在运行前期风机及升压站设备故障率和劳损率均较低，发电量较高，现阶段所有风电项目在前期测算时均按20年平均值计算，运行后期风机及升压站设备故障率和劳损率将会增加，发电量也会降低，因此会出现风场运行前期折减高于前期评估值这种情况，可以通过已运行的风电场进行后评估，分析折减偏差，也可参考光伏项目进行逐年折减。

参考文献

[1]刘文斌.某山地风电场风能资源后评估分析.风能[J].2018(8):78-81

[3]宋丽莉,周荣卫,杨振斌,等.风能资源开发利用的气象技术应用和发展[J].中国科学.2012.14(9): 96-101.

[4]吕太,张连升,等.层次分析法在风电场运行经济性评价中的应用[J]中国电力,2006,39（6）:42-44.