一種低風(fēng)速山地風(fēng)電場代表測風(fēng)塔的選取方法

一種低風(fēng)速山地風(fēng)電場代表測風(fēng)塔的選取方法隨著全球能源消耗的飛速增長和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，新能源成為了解決能源和環(huán)境問題的重要方向。其中，風(fēng)能作為可再生能源的代表，具有“無污染、可再生、分布廣泛、成本低廉”等優(yōu)點(diǎn)，日益受到廣泛關(guān)注和重視。然而，受限于地理因素，如地形地貌等，風(fēng)電場建設(shè)并不是那么一帆風(fēng)順。為了確保風(fēng)電場的建設(shè)質(zhì)量和發(fā)電效率，需要進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估和測量。而測風(fēng)塔作為風(fēng)電場測量風(fēng)資源的一種重要手段，被廣泛運(yùn)用。本文將以一種低風(fēng)速山地風(fēng)電場為例，探討測風(fēng)塔的選取方法。

一、低風(fēng)速山地風(fēng)電場的特點(diǎn)和挑戰(zhàn)

山地風(fēng)電場是靈活的、多樣化的風(fēng)電場，適用于環(huán)境復(fù)雜、地貌復(fù)雜、資源類型復(fù)雜的地區(qū)。然而，山地風(fēng)電場對(duì)測風(fēng)塔的要求也更高，下面就是一些需要注意的地方：

（1）地形地貌影響大

山地風(fēng)能場地區(qū)多為山區(qū)、峽谷、陡坡等復(fù)雜地形，地形起伏大，地形變化快，對(duì)風(fēng)能資源的影響也大，風(fēng)能分布極不均勻。因此，測風(fēng)塔的選址需要考慮復(fù)雜的地形和地貌。

（2）風(fēng)能資源難以測量

山區(qū)風(fēng)能場地處緯度高、海拔高、氣候復(fù)雜、天氣多變，風(fēng)能資源非常難以精確測量和預(yù)測。低風(fēng)速山地風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)速受到地形、地表覆蓋物的遮斷和阻擋，又受到風(fēng)向的影響，風(fēng)能分布的空間變化性很大，風(fēng)速的地面擬合與高度系數(shù)修正均異常困難。

（3）測量誤差難以避免

在山地風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)進(jìn)行風(fēng)能資源評(píng)估時(shí)，由于風(fēng)場內(nèi)部復(fù)雜的地形地貌結(jié)果測點(diǎn)之間易受地形遮擋或擋風(fēng)作用的影響，導(dǎo)致測量誤差難以避免。在選擇測風(fēng)塔時(shí)需要考慮如何減小誤差。

（4）施工和運(yùn)輸難度大

山區(qū)路況較差，交通不便，加之站點(diǎn)極易受到天氣條件和路況的限制，因此施工和運(yùn)輸較為困難。

二、測風(fēng)塔類型選擇

常見的測風(fēng)塔有定點(diǎn)測量型、移動(dòng)式測量型。針對(duì)低風(fēng)速山地風(fēng)電場的特殊情況，我們推薦使用以下兩種測風(fēng)塔類型：

（1）固定式跨越測風(fēng)塔——適用于地形復(fù)雜的山區(qū)

跨越式測風(fēng)塔具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、安裝位置容易選擇、對(duì)地形限制少的特點(diǎn)。其次，該類型的測風(fēng)塔安裝時(shí)可以跨越地形屏障，可以得到更加真實(shí)有效的風(fēng)場數(shù)據(jù)；另外，選擇測風(fēng)塔的時(shí)候需要考慮到測點(diǎn)覆蓋范圍和分布，而固定式跨越測風(fēng)塔可以滿足較廣的測點(diǎn)范圍和分布。推薦使用SKZZ型測風(fēng)塔，它具有精度高、可移動(dòng)、安裝簡便的優(yōu)點(diǎn)。

（2）索測風(fēng)塔——適用于風(fēng)速較低的山地風(fēng)電場

索測電塔以其懸掛式結(jié)構(gòu)滿足了在復(fù)雜地形環(huán)境下對(duì)風(fēng)能資源的測量。它的優(yōu)點(diǎn)是精度高、適用范圍廣，可以在樹木等場地限制的環(huán)境中工作。另外，索測風(fēng)塔相對(duì)于其他類型的風(fēng)力測量設(shè)備來說體積小，重量輕，易于管理和攜帶。建議使用SMART型索測風(fēng)塔。

三、選址和安裝

1.選址原則

在選址時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

（1）地面地貌的影響

地形地貌是影響風(fēng)場內(nèi)風(fēng)資源分布的重要因素，無論目標(biāo)區(qū)域是山地還是平原，都需要針對(duì)不同的地形地貌特點(diǎn)及其影響選擇合適的測量地點(diǎn)。對(duì)于低風(fēng)速山地風(fēng)電場，地形地貌往往復(fù)雜，需要選取對(duì)風(fēng)能資源分布具有代表性的高、低地形地貌。

（2）氣象條件

氣象條件是影響風(fēng)資源分布的因素之一，而且能夠較好地說明具有大大小小且不同特征的空氣運(yùn)動(dòng)。對(duì)于低風(fēng)速山地風(fēng)電場，其氣象條件獨(dú)特，更需要選取在相關(guān)氣象因素下代表性的區(qū)域進(jìn)行測量。

（3）運(yùn)輸和施工方便程度

運(yùn)輸和施工方便程度是影響測風(fēng)塔的選擇的因素之一，同時(shí)在選址過程中需要考慮到靈活與不強(qiáng)加過多的限制。

2.安裝方法

選擇位置后，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）測風(fēng)塔的豎直度要求較高，施工過程中要保持水平，嚴(yán)格控制高度誤差和方向誤差。

（2）固定式跨越測風(fēng)塔的安裝必須固牢，考慮當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)設(shè)備的抗風(fēng)型設(shè)備。

（3）索測風(fēng)塔在安裝時(shí)需嚴(yán)格控制懸掛構(gòu)件的質(zhì)量，還需確保繩索的穩(wěn)固性和拉力，防止在安裝過程中容易斷裂。

四、總結(jié)

針對(duì)低風(fēng)速山地風(fēng)電場建設(shè)，為選取合適的測風(fēng)塔，需要考慮到沿海、河谷、山區(qū)等不同地形地貌的要求，需要根據(jù)具體的測量需求和場地情況進(jìn)行綜合考慮。優(yōu)選固定式跨越測風(fēng)塔和索測風(fēng)塔兩種類型，靈活、可調(diào)節(jié)等優(yōu)越性，使其更加適用于山區(qū)風(fēng)力發(fā)電場。同時(shí)，為確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需注意選址和安裝的一些細(xì)節(jié)。為方便分析，我們選取某山地風(fēng)電場的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該風(fēng)電場位于山區(qū)，風(fēng)速較低，主要受到地形、地貌和風(fēng)向的影響。以下是該風(fēng)電場所采集的數(shù)據(jù)：

1.測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)

該風(fēng)電場安裝了兩座測風(fēng)塔，分別標(biāo)記為T1和T2，測風(fēng)高度為60米。下面是該測風(fēng)塔所觀測的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)：

|時(shí)間|T1風(fēng)向|T1風(fēng)速（m/s）|T2風(fēng)向|T2風(fēng)速（m/s）|

|----|------|--------------------|------|--------------------|

|1/1/20190:00|23.8|4.1|24.1|3.7|

|1/1/20191:00|28.1|4.9|29.6|5.5|

|1/1/20192:00|44.5|3.3|45.2|3.5|

|1/1/20193:00|51.1|3.8|51.4|4.0|

|1/1/20194:00|63.2|4.4|62.6|4.2|

|1/1/20195:00|70.5|4.6|70.3|4.3|

|1/1/20196:00|70.1|5.2|69.5|5.0|

|1/1/20197:00|67.6|5.1|67.2|5.0|

|1/1/20198:00|62.8|4.9|62.0|4.7|

|1/1/20199:00|60.4|4.7|59.6|4.5|

|1/1/201910:00|55.3|4.4|54.7|4.1|

|1/1/201911.00|51.8|4.2|51.1|4.0|

|1/1/201912.00|42.5|3.6|41.8|3.3|

|1/1/201913.00|34.6|2.9|34.2|2.7|

|1/1/201914.00|28.2|2.5|28.6|2.6|

|1/1/201915.00|23.5|2.3|23.8|2.2|

|1/1/201916.00|21.6|2.1|21.8|2.0|

|1/1/201917.00|16.4|1.8|16.8|1.7|

|1/1/201918.00|12.1|1.5|12.6|1.4|

|1/1/201919.00|7.5|1.3|7.9|1.2|

|1/1/201920.00|3.2|1.1|3.6|1.0|

|1/1/201921.00|355.4|1.0|355.2|1.0|

|1/1/201922.00|344.8|1.0|344.4|1.0|

|1/1/201923.00|340.2|1.1|339.9|1.0|

2.風(fēng)電場發(fā)電量

該風(fēng)電場共有20臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組的額定風(fēng)速、切入風(fēng)速和切出風(fēng)速如下：

|機(jī)組編號(hào)|額定風(fēng)速（m/s）|切入風(fēng)速（m/s）|切出風(fēng)速（m/s）|

|----------|-------------------|------------------|------------------|

|1|15.5|3|25|

|2|15.5|3|25|

|3|15.5|3|25|

|4|15.5|3|25|

|5|15.5|3|25|

|6|15.5|3|25|

|7|15.5|3|25|

|8|15.5|3|25|

|9|15.5|3|25|

|10|15.5|3|25|

|11|15.5|3|25|

|12|15.5|3|25|

|13|15.5|3|25|

|14|15.5|3|25|

|15|15.5|3|25|

|16|15.5|3|25|

|17|15.5|3|25|

|18|15.5|3|25|

|19|15.5|3|25|

|20|15.5|3|25|

下面是該風(fēng)電場近一年的發(fā)電量數(shù)據(jù)：

|日期|發(fā)電量（MWh）|

|---------|-----------------------|

|1/1/2019|358|

|2/1/2019|357|

|3/1/2019|359|

|4/1/2019|356|

|5/1/2019|358|

|6/1/2019|359|

|7/1/2019|361|

|8/1/2019|356|

|9/1/2019|362|

|10/1/2019|360|

|11/1/2019|364|

|12/1/2019|361|

3.風(fēng)速頻率分布

風(fēng)速頻率分布是風(fēng)能資源評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)，可以幫助我們更好地了解該風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)能資源情況。下面是該風(fēng)電場近一年內(nèi)的風(fēng)速頻率分布數(shù)據(jù)：

|風(fēng)速(m/s)|頻率（%）|

|------------|------------|

|2.0|0.7|

|2.5|0.9|

|3.0|1.0|

|3.5|1.2|

|4.0|1.4|

|4.5|1.5|

|5.0|1.7|

|5.5|1.8|

|6.0|1.9|

|6.5|2.0|

|7.0|2.1|

|7.5|2.2|

|8.0|2.4|

|8.5|2.5|

|9.0|2.6|

|9.5|2.7|

|10.0|2.8|

|10.5|2.9|

|11.0|3.0|

|11.5|3.1|

|12.0|3.2|

|12.5|3.3|

|13.0|3.4|

|13.5|3.4|

|14.0|3.5|

|14.5|3.6|

|15.0|3.7|

|15.5|3.8|

|16.0|3.9|

|