風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的構(gòu)成特點(diǎn)與選址分析

闞 健

（華能國(guó)際電力股份有限公司湖南分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

一、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的技術(shù)概況

1 風(fēng)電場(chǎng)的概念

風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備以及其他的建筑設(shè)施等內(nèi)容，結(jié)合相應(yīng)的規(guī)則，來(lái)排列多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，將獲取的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后借助于輸電線路向電網(wǎng)中輸送。通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)，可以對(duì)風(fēng)能有效的利用。

2 風(fēng)電場(chǎng)的特點(diǎn)

相較于一般的發(fā)電廠，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)具有一些特性，主要包括這些方面的內(nèi)容：首先是風(fēng)力資源比較的豐富，風(fēng)能是風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電資源，只有大氣能夠流動(dòng)，就有風(fēng)產(chǎn)生，因此它是無(wú)限利用的；其次風(fēng)力發(fā)電的環(huán)保性較好，風(fēng)力發(fā)電屬于綠色產(chǎn)業(yè)，不需要消耗大量的常規(guī)能源，在發(fā)電過(guò)程中，不會(huì)將任何污染物排放到大氣中，可以對(duì)大氣環(huán)境起到有效的保護(hù)作用。然后是分散生產(chǎn)的特點(diǎn)，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組只有較小的單機(jī)容量，每一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)具有較多的發(fā)電機(jī)組，因此，風(fēng)電場(chǎng)電能生產(chǎn)的分散性特征較為明顯，如果建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)有著百萬(wàn)千瓦級(jí)規(guī)模，需要的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有幾百臺(tái)之多，在方圓幾十公里的范圍內(nèi)廣泛分布；另外，風(fēng)電場(chǎng)還有著多樣化的機(jī)組類型，風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，應(yīng)用了較多類型的發(fā)電機(jī)，包括同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)等。在風(fēng)電技術(shù)飛速發(fā)展的今天，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等獲得了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)轱L(fēng)能的隨機(jī)性和波動(dòng)性較強(qiáng)，那么波動(dòng)性也必然存在于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率中。

二、構(gòu)成及分類

1 風(fēng)電場(chǎng)的基本構(gòu)成

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括三個(gè)組成部分，分別是風(fēng)電場(chǎng)、電網(wǎng)和負(fù)荷，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以有效的生產(chǎn)、傳輸和變換風(fēng)電，并且將監(jiān)控保護(hù)的功能給發(fā)揮出來(lái)。在整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)中，非?；镜纳a(chǎn)單位是風(fēng)電場(chǎng)，電能通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所生產(chǎn)，變電站轉(zhuǎn)換電能，然后向電網(wǎng)傳輸，電網(wǎng)可以變換電壓等級(jí)，輸送電能。

2 風(fēng)電場(chǎng)的類型劃分

通常情況下，可以將風(fēng)電場(chǎng)劃分為陸地風(fēng)電場(chǎng)、海上風(fēng)電場(chǎng)和空中風(fēng)電場(chǎng)三個(gè)類型，這種劃分依據(jù)是所處位置的不同。首先是陸地風(fēng)電場(chǎng)，一般情況下，在有著良好風(fēng)資源的丘陵、山脊或者海邊建設(shè)陸地風(fēng)電場(chǎng)；其次是海上風(fēng)電場(chǎng)，在海洋中建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)，海上有著較高的平均風(fēng)速，相較于陸地風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有著更高的風(fēng)能利用率，但是海上風(fēng)電場(chǎng)需要較高的安裝和維護(hù)費(fèi)用；最后是空中風(fēng)電場(chǎng)，高空中有著十分豐富的風(fēng)能資源和相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)速，美國(guó)的研究人員對(duì)高空氣囊式風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)行了研發(fā)，它的懸浮高度在50米到3000米之間，通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的電線來(lái)連接發(fā)電機(jī)，這樣順著電線就可以向地面?zhèn)鬏旊娔堋?/p>

三、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的選址

1 選址的原則

首先是經(jīng)濟(jì)性原則，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，經(jīng)濟(jì)效益是需要考慮的內(nèi)容。其中，風(fēng)電場(chǎng)的度電成本是風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而年發(fā)電量、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等因素則決定了度電成本；為了促使經(jīng)濟(jì)效益得到提升，選擇的場(chǎng)址需要具備較為豐富的風(fēng)資源，并且將匹配的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組給安裝過(guò)來(lái)，這樣機(jī)組的年發(fā)電量可以得到提升，度電成本得到減少。

其次是環(huán)保型原則，采用風(fēng)力發(fā)電，除了不會(huì)消耗大量的常規(guī)能源，還沒(méi)有將污染物排放到大氣中，對(duì)大氣環(huán)境起到了有效的保護(hù)作用。但是，還是會(huì)對(duì)環(huán)境造成一些不利影響；在噪聲方面，風(fēng)電場(chǎng)選址需要與居民區(qū)所遠(yuǎn)離；在運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)備的過(guò)程中，會(huì)有電磁輻射產(chǎn)生，影響到電視信號(hào)和微波傳輸?shù)?，因此在設(shè)計(jì)場(chǎng)址時(shí)，需要與微波傳輸路徑所遠(yuǎn)離。

最后是高效性原則，在建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，除了要對(duì)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性原則進(jìn)行考慮之外，還需要將其高效性充分納入考慮范圍；在設(shè)計(jì)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，盡量與電網(wǎng)靠近，這樣輸電系統(tǒng)投資及損耗就可以得到減少；因?yàn)橛兄^強(qiáng)的波動(dòng)性和間歇性存在于風(fēng)電輸出中，因此在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要將發(fā)電設(shè)備和電網(wǎng)的接納能力給充分納入考慮范圍。

2 選址的要素

有諸多的因素都會(huì)影響到風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，如風(fēng)能資源、電網(wǎng)連接、交通運(yùn)輸、地形地貌等，因此，在風(fēng)電場(chǎng)選址中，除了將氣象方面的參數(shù)給納入考慮范圍之外，還需要將場(chǎng)址所在地對(duì)電網(wǎng)的要求以及地質(zhì)交通等方面的因素給充分納入考慮范圍。

3 選址的方法

首先是資料分析法，要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址周圍氣象臺(tái)站的歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，海拔高度、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、氣壓、相對(duì)濕度等都是非常關(guān)鍵的內(nèi)容。然后將測(cè)風(fēng)塔構(gòu)建于初選場(chǎng)址內(nèi)，觀測(cè)時(shí)間控制在1年以上，分別對(duì)10米、70米和100米高度10分鐘內(nèi)平均風(fēng)速、氣象、最高最低氣溫等進(jìn)行測(cè)量。整理分析測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，并且在初選場(chǎng)址區(qū)域訂正附近氣象臺(tái)站觀測(cè)的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)。

其次是實(shí)地調(diào)研法，資料分析法應(yīng)用的區(qū)域有著較好的條件，如果部分地區(qū)的歷史測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)比較缺乏，同時(shí)有著較為復(fù)雜的地形條件，無(wú)法對(duì)臺(tái)站進(jìn)行構(gòu)建，那么就需要研究當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠椭参镒冃蔚惹闆r，實(shí)地調(diào)查，以便科學(xué)的評(píng)估場(chǎng)址內(nèi)風(fēng)資源情況。

最后是軟件分析法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，數(shù)值模擬技術(shù)得到了不斷發(fā)展，并且資料分析法在實(shí)際應(yīng)用中，有一定的局限性存在于資料的時(shí)空分辨率方面，因此，在風(fēng)電場(chǎng)微觀選址中，開(kāi)始應(yīng)用更多的高分辨率氣象模式及流體力學(xué)計(jì)算軟件。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的敘述分析我們可以得知，相較于一般發(fā)電廠，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)具有一些不同的特點(diǎn)；在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)選址方面，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的原則，結(jié)合具體情況，采取科學(xué)的方法來(lái)選址，保證建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)獲得更好更快的發(fā)展。

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