浅谈风电场测风塔选址

摘要：本文通过实际区域浅析风的成因，分析地形地貌对风速的影响，以笔者实际经历说明风向与地形地貌对测风塔选址的影响，科学合理布置测风点，以便更客观的评价风电场的风资源情况，即可以缩短开发周期，又能减少人力、财力的浪费。

关键词：风电场 测风塔 选址

甘肃省的风能资源主要分布在河西下头廊，在这一绵延1000多公里的狭长走廊内分布有丰富的风能资源，在酒泉玉门、瓜州等地都有建设大中型风力发电站的良好条件。然而要建立一个风电场，首先是风电场选址，这对风电场建设是至关重要的。

笔者先后到张掖、肃北、阿克塞等地区实地勘察和走访进行风场选址，总结了一些经验，抛砖引玉，供大家交流。

1、以张掖地区为例浅析风成因

张掖地区海拔1，500公尺左右，属河西走廊三个独立的内流盆地之——黑河水系，大部分为山前倾斜平原，属大陆性气候，气候特点是干燥少雨。

1.1 风成因浅析

张掖地区境内地势平坦、土地当大范围水平气压场比较弱时，在山区白天地面风常从谷地吹向山坡，晚上地面风常从山坡吹向谷地，这就是山谷风。山谷风是由于山地热力因子形成的，白天因坡上的空气比同高度上的自由大气增热强烈，于是暖空气沿坡上升，成为谷风，谷地上面较冷的自由大气，由于补偿作用从相反方向流向谷地，称为反谷风。夜间由于山坡上辐射冷却，使邻近坡面的空气迅速变冷，密度增大，因而沿坡下滑，流入谷地，成为山风，谷底的空气因辐合而上升，并在谷地上面向山顶上空分流，称为反山风，形成与白天相反的热力环流。

1.2 “狭管效应”

张掖地区南枕祁连山，北依合黎山、龙首山，黑河贯穿全境，形成南北山夹一谷的地形，成为东西风的通道。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。这种峡谷地形对气流的影响，由狭管效应而增大的风，称为峡谷风或穿堂风。

2、地形地貌对风的影响

2.1 地形的分类

对于适合建设风电场的地形主要是平坦地形和复杂地形。风电场的平坦地形是指区域及周围5公里半径范围内其地形高度差小于50米，同时地形最大坡度小于3°的地形。而平坦地形以外的各种地形，主是复杂地形，可分为隆升地形和低凹地形。

2.2 摩擦力对风速的影响

在离地面1.5公里以下大气层被称为摩擦层。在摩擦层里，风扫过粗糙不平的地表面，受到摩擦力的作用，风速不仅会被削弱风速，同时也会改变风向。地面粗糙度越大，风速影响就越大。

2.3 障碍物对风速的影响

气流流过障碍物时，障碍物下游会形成尾流扰动区，风速降低，同时还产生湍流；扰动区的长度约为17H（H为障碍物高度）。在障碍物的上风向和其外侧，也将造成湍流涡动区。

2.4 平坦地形上的气流运动

平坦地形在场址范围内同一高度层上风速颁布是均匀的，风廊线仅与地面粗糙度有关。

2.5 隆升地形（山脊、山丘）上的气流运动

（1）盛行风向是指一个地区在某一时段内出现频数最多的风或风向。当盛行风向与山脊脊线成正交时，气流加速最大，倾斜时加速作用减弱；在山脊处气流速度达到最大。脊线平等于盛行风向时，加速效果最差，但仍大于来流速度。

（2）盛行风向吹向山脊的凹面时，会产生狭管作用使气流增速。反之凸面朝盛行风向，会使气流绕山脊偏转，减少加速作用。

（3）当气流经过剖面为三角形或圆形的山脊时，三角形的山脊顶部产生的加速度最大，圆弧形的山脊次之，钝形的山脊最差。

（4）在山脊的两肩部或迎风坡半山腰以上，加速作用明显，在山脊的顶部处气流加速最大，气流在山脊的根部处，风速显著的减少，低于山前来流的风速。

（5）气流吹向孤立山丘时，在迎风坡上气流加速，在山顶达到最大，在山丘的背风面风速降低。

2.6 低凹地形（山谷）的气流运动

在山谷轴线与盛行风向一致，盛行风畅通无阻，在谷内气流有显著的加速效应，气流不断加速。反之，可能会出现强的风切变或湍流。

3、测风塔的选址分析

3.1 风电观宏观选址

宏观选址是从一个较大地区的风能资源、地质地貌、交通运输、压覆矿、联网条件、文物古迹、军事、自然保护区等多方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰富、具有开发价值的区域过程。

3.2 测风塔选址及安装要求

（1）风电场测风塔安装时应设在最能代表风电场风能资源的位置上，需远离高大树木和障碍物，如果测风塔必须位于障碍物附近，则在盛行风向的下风向与障碍物的水平距离不应小于该障碍物高度的10倍处安装，如果测风塔必须设立在树木密集的地方，则至少就高出树木顶端10米。安装数量根据地形特征应能满足风资源评价的要求，一般在风电场区域内安装2台以上70米测风塔。

（2）具有均匀粗糙度的平坦地形在场中央安装测风塔即可。

（3）对有障碍物时，测风塔安装时应在盛行风向的上风向，障碍物的外侧和尾流区，防止湍流使得测风数据偏离。

（4）对于隆生地形，盛行风向吹向山脊的凹面时，会产生狭管作用使气流增速。应该在该区域前后5公里各安装一个测风塔，以保证测风数据的全面性。

（5）对于低凹地形在盛行风向与低凹地形走向一致，低凹地形风气流方能加速，所以应将测风塔设在低凹地形盛行风向的上风入口处，测风数据才具有代表性。

4、风向与地形地貌对测风塔选址的影响

笔者曾在东西走向的“狭管效应”区域靠近北山和南山的山前倾斜平原分别立一测风塔，这两个区域地形地貌较为相似，但靠近北山区域的盛行风向与山谷轴线形成的夹角小，测得风速为年平均6米/S以上；靠近南山区域的盛行风向与山谷轴线形成的夹角大，气流受到地形的阻碍影响到风速，测得风速为年平均3米/S左右。风向与地形地貌对测风数据的影响很大，科学合理布置测风点进行测风就显得非常重要。

5、结语

风能资源评估是整个风电场建设、运行的重要环节，是风电项目的根本。风能资源评估的依据是测风数据，每一个预选风电场必须取得满一年的测风数据才能进行风资源评估。因此，在过程之初就要充分收集和掌握风能资源和科学合理布置测风点，以便更客观的评价风电场的风资源情况，即可以缩短开发周期，又能减少人力、财力的浪费。

参考文献

[1]宫靖远.《风电场工程技术手册》.

[2]国家可再生能源实验室编.《风能资源评估手册》.

[3]吴培华.《风电场宏观和微观选址技术分析》.

[4]何显富，卢霞，杨跃进，刘万琨编著.《风力机设计、制造与运行》.