四川德昌安寧河谷風(fēng)電場風(fēng)能資源評估

何 一，孫 慶，陳 宇

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

德昌安寧河谷風(fēng)電場位于四川省涼山彝族自治州德昌縣境內(nèi)的安寧河谷北段，北起德昌縣與西昌市交界處，南到德昌縣城，南北長約18km，東西寬度2～4km。

德昌安寧河谷風(fēng)電場是四川省風(fēng)電場規(guī)劃中推薦的首批開發(fā)的風(fēng)電項目之一，因其風(fēng)能資源豐富，前期工作深入，交通條件好，開發(fā)建設(shè)步伐較快，建成后將成為四川省的首個大型并網(wǎng)風(fēng)電場。

2 自然環(huán)境

風(fēng)電場所在區(qū)域?qū)俑咴庸鹊貛В匦伪备吣系?，螺髻山與耗牛山東西對峙，中間是安寧河谷，是安寧河谷平原的南延部份。境內(nèi)地勢起伏較大，周邊山系最高處海拔4 359m，安寧河谷最低處海拔1 115m。安寧河河谷地區(qū)為北高南低的狹管狀地形，風(fēng)的狹管效應(yīng)明顯，因而造成南北向風(fēng)力加大，大風(fēng)頻繁出現(xiàn)，且冬春季節(jié)季風(fēng)尤為明顯。

風(fēng)電場位于德昌縣麻栗、阿月、銀鹿等鄉(xiāng)境內(nèi)，場址區(qū)海拔高度在1 360～1 570m之間，地勢較開闊平坦，場區(qū)有西攀高速公路、國道G108線、成昆鐵路及多條高壓輸電線路，民居星羅棋布，施工條件較好，但對風(fēng)電場布局的影響物相對較多。

3 評估方法

通過在風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)建立測風(fēng)塔，收集滿一年的測風(fēng)數(shù)據(jù)后，與當(dāng)?shù)貧庀笳鹃L期數(shù)據(jù)進行訂正，得到代表風(fēng)電場多年平均的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)。

國內(nèi)已建風(fēng)電場多分布于三北地區(qū)和東南沿海，所在地多為平原或淺丘，地形平坦，一個測風(fēng)塔的資料可以代表周邊大片區(qū)域，且區(qū)域內(nèi)風(fēng)資源相差不大。本風(fēng)電場地形復(fù)雜，起伏不定的山體對風(fēng)況影響很大，故本風(fēng)電場采用在經(jīng)、緯兩個方向的不同高程上建立多個測風(fēng)塔，分析河谷地帶的風(fēng)資源分布特點。

4 測風(fēng)數(shù)據(jù)分析

4.1 測風(fēng)塔設(shè)立

經(jīng)現(xiàn)場實地考察，將風(fēng)電場區(qū)域劃分為3個斷面，上、中斷面河谷較為狹窄，下斷面河谷比較寬闊。共布置了7座測風(fēng)塔(位置示意見圖1)。上斷面在德昌與西昌交界處，左岸布置1座70m測風(fēng)塔(70#)，右岸布置1座30m測風(fēng)塔(31#)；中斷面在麻栗鄉(xiāng)大高橋處，左岸布置1座70m測風(fēng)塔(71#)，右岸布置1座30m測風(fēng)塔(32#)；下斷面在銀鹿鄉(xiāng)政府處，左岸較高處布置1座70m測風(fēng)塔(72#)，沿河處布置1座30m測風(fēng)塔(33#)，右岸布置1座30m測風(fēng)塔(34#)。

4.2 測風(fēng)數(shù)據(jù)

經(jīng)過2008年8月～2009年7月一年的觀測，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域內(nèi)主風(fēng)向為南、北兩個方向。70m高度處風(fēng)速為5.68～6.48m/s，30m高度處風(fēng)速為4.08～5.64m/s。各測風(fēng)塔同期風(fēng)速數(shù)據(jù)見表1。

表1 各測風(fēng)塔年平均風(fēng)速

圖1 測風(fēng)塔位置示意

從測風(fēng)數(shù)據(jù)分析可知，本區(qū)域的風(fēng)能資源的分布特點為：

(1)河谷狹窄處風(fēng)力偏大，寬闊處風(fēng)力偏?。?/p>

(2)海拔高處風(fēng)力偏大，低處風(fēng)力偏?。?/p>

(3)河谷中心線處風(fēng)力偏大，兩側(cè)近山處風(fēng)力偏小。

4.3 數(shù)據(jù)訂正

風(fēng)電場附近的長期氣象測站為德昌縣氣象站，距測風(fēng)塔5～15km，距離較近，地形相似，可作為分析本風(fēng)電場風(fēng)能資源的參證站。

將氣象站與測風(fēng)塔同期數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)R分別為為0.787(70#)、0.763(71#)、0.815(72#)、0.254(31#)、0.756(32#)、0.818(33#)、0.775(34#)，除最遠處的31#塔相關(guān)性很差外，其他均在0.8左右，相關(guān)性較好。70#～72#測風(fēng)塔與氣象站數(shù)據(jù)相關(guān)性分析見圖2～4。

圖2 70#測風(fēng)塔與氣象站相關(guān)性分析

圖3 71#測風(fēng)塔與氣象站相關(guān)性分析

圖4 72#測風(fēng)塔與氣象站相關(guān)性分析

現(xiàn)有風(fēng)電場現(xiàn)場的觀測項目不全，且根據(jù)現(xiàn)場短期數(shù)據(jù)推求空氣密度不能準(zhǔn)確反映多年平均數(shù)據(jù)，可參考鄰近地區(qū)的多年平均空氣密度。

根據(jù)德昌縣氣象站多年平均氣象要素統(tǒng)計值推算多年平均空氣密度，計算公式為：

式中p——氣壓，該地區(qū)為 858.9hPa；

t——溫度，該地區(qū)平均值為 17.6℃；

e——水氣壓，該地區(qū)為13.1hPa。

由此計算得到氣象站多年平均空氣密度為 1.024kg/m3。德昌縣氣象站的海拔高度比風(fēng)電場現(xiàn)場低100m左右，兩地的空氣密度差別較小，以此空氣密度代表本風(fēng)電場的空氣密度是合理的。

德昌氣象站10m高處2004～2009年平均風(fēng)速3.06m/s，2008年8月～2009年7月區(qū)間年平均風(fēng)速2.82m/s，在系列中屬于小風(fēng)年。

利用氣象站長期數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)乜諝饷芏葘?個70m測風(fēng)塔70m高度測風(fēng)數(shù)據(jù)進行修正，訂正為一套反映風(fēng)場長期平均水平的代表性數(shù)據(jù)。70#測風(fēng)塔70m高度平均風(fēng)速6.41m/s，風(fēng)功率密度229W/m2；71#測風(fēng)塔70m高度平均風(fēng)速6.62m/s，風(fēng)功率密度268W/m2；72#測風(fēng)塔70m高度平均風(fēng)速5.8m/s，風(fēng)功率密度212W/m2。

5 風(fēng)能資源評估

5.1 風(fēng)能資源

根據(jù)GB/T 18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》，本風(fēng)電場北部區(qū)域(上、中斷面)風(fēng)能資源較好，風(fēng)電場風(fēng)功率等級為2級，屬風(fēng)能資源較好區(qū)域。南部區(qū)域(下斷面)風(fēng)能資源較差，風(fēng)電場風(fēng)功率等級為1級，屬風(fēng)能資源可開發(fā)區(qū)域。

5.2 風(fēng)速、風(fēng)向特性

以71#測風(fēng)塔為代表，風(fēng)電場風(fēng)向主要集中在南南西(SSW)和北北東(NNE)兩個方向，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，基本與安寧河河谷方向一致(見圖5)。

圖5 70m高度風(fēng)向(左)、風(fēng)能(右)玫瑰圖

年有效風(fēng)速時數(shù)為7 273h，占全年的85.4%，11～20m/s時數(shù)占全年的12.2%，大于20.0m/s時數(shù)占全年的0.01%。本風(fēng)場有效風(fēng)速時段長，無效風(fēng)速時段較短，全年均可發(fā)電，無破壞性風(fēng)速(見圖6)。

圖6 70m高度風(fēng)速、風(fēng)功率密度分布直方圖

年內(nèi)大風(fēng)月集中在1～5月份，小風(fēng)月集中在7～9月份，即冬春季風(fēng)大，夏季風(fēng)小。2～10月以南風(fēng)為主，11～翌年1月以北風(fēng)為主，即冬季盛行北風(fēng)，其他季節(jié)盛行南風(fēng)(見圖7)。

圖7 70m高度風(fēng)速和風(fēng)功率密度年內(nèi)變化曲線

風(fēng)速一日之內(nèi)的變化十分復(fù)雜，一般情況中午12、13點風(fēng)速開始加大，至下午16點風(fēng)速最大，然后逐漸減小，至凌晨最小。就總體情況看，0～12點小，13～24點大(見圖8)。

6 結(jié)束語

本風(fēng)電場無破壞性風(fēng)速，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，其風(fēng)能資源具有一定的開發(fā)價值。

從風(fēng)能資源分布來看，北部區(qū)域風(fēng)功率密度較大，風(fēng)能資源優(yōu)于南部區(qū)域。

從開發(fā)條件來看，區(qū)域內(nèi)主要公路均位于左岸，而風(fēng)電機組大件運輸主要依靠公路運輸，過河及穿越鐵路線均有一定困難，安寧河左岸區(qū)域開發(fā)條件優(yōu)于右岸區(qū)域。

圖8 70m高度風(fēng)速和風(fēng)功率密度日變化曲線

本風(fēng)電場區(qū)域較大，可分為多期滾動開發(fā)。根據(jù)以上分析，北部左岸區(qū)域風(fēng)能資源豐富，開發(fā)條件好，應(yīng)作為第一期開發(fā)的重點區(qū)域。北部右岸區(qū)域風(fēng)能資源也較好，在后續(xù)進行道路交通研究后，宜作為第二期開發(fā)的區(qū)域。南部區(qū)域風(fēng)能資源較差，在前兩期風(fēng)電場建設(shè)開發(fā)的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗，深入優(yōu)選機組點位，可作為第三期工程進行開發(fā)建設(shè)。

參考文獻：

[1] 中國水利水電建設(shè)工程咨詢公司.GB/T18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[2] 宮靖遠,賀德馨,等.風(fēng)電場工程技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004.