硬技术|大容量风电场与平原风电场的风资源评估

风电场的整体规划设计是一个复杂的系统工程，如何从宏观选址伊始的项目全生命周期层层优化风电场设计方案，降低度电成本、精算收益率并预估电价是一个棘手的难题。

特变电工致力于为客户提供度电成本最优的风电场解决方案，从风场的开发建设到运营维护，可以总体概括为四个方面，分别是资源评估、方案设计、风场的建设以及投运后的运行维护。风资源评估处于风场开发的前期阶段，风资源评估的准确与否，对之后的投资以及建设都会产生至关重要的作用。

风资源评估分为五个重点工作，分别是宏观选址、精细化测风、机组选型、微观选址以及后评估。

下面将通过两个经典项目案例，分享在风资源评估过程中经常会面对的问题以及解决方案。

大容量风电基地风资源评估及发电量测算

近几年由于政策调整、部分省份红色预警解除以及大型外送基地建设等因素，风电开发工作由中东部及南方区域向三北区域转移的趋势。

项目位于甘肃玉门，在相距60公里的距离分别规划了300MW开发容量的两个候选场区，盛行风向都是正西和正东风。根据风电基地标准排布间距来进行布机，每个场区都使用90m高度单机容量2.0兆瓦的风机布置150台，进行发电量的测算。场区A的机位平均风速比场区B高0.12m/s，发电量却少了8%。为什么风速高的场区发电量反而差这么多呢?

由两个场区的风速频率分布直方图可以看出，场区A在4-6m/s的低风速区间和12-18m/s的高风速段区间频率较高，场区B在8-11m/s的风速区间频率较高。结合风机的出力特征可以得知，这段风速区间刚好是风机接近满发时的风速。因此虽然场区B的整体平均风速与场区A相比略小，然而他的风速分布更利于风机出力。

通过上述对风速频率分布的深入分析，我们最终选择了平均风速相对较低，然而风速特性更加利于风机出力的场区B，在此基础上，对场区B进行进一步优化。

如图为备选风机的功率曲线标幺值以及对应的标幺值差值。我们可以看出，标幺值差值在7-9米每秒的风速区间达到峰值，说明在这个风速段中，两种风机的发电性能是有较大差异的。针对不同风资源特性的场区，需要对症下药，选择匹配度最高的风机，以获得最大收益，减少资源浪费。

对于大型风电基地来说，有两个概念比较重要，一个是尾流交换区，另一个是单位占地产能率。当前的风机排布方式是根据已经投建的风电基地进行选择的，尾流损耗都在5%上下波动，对应的单位产地产能率也处于比较低的水平。针对这样的情况，需要进行风机间距的优化，平衡尾流交换区和单位占地产能率间的关系。

针对项目的特性，进行风机型号、间距等定制优化方案，挖掘场区发电潜力，提升发电量，优化风机机型，合理设置尾流交换区，最大限度减少尾流损耗，平衡与圈地范围的关系，避免土地浪费，同时进行道路和集电线路设计的优化，最终使发电量提升2%，设计和施工成本降低1.8%,,节约约3000万元投资成本。

平原风电场风资源评估

第二个项目位于山东菏泽，是具有一定代表性的平原项目，这个项目特别的一点是，它的各个高度综合拟合风切变达到0.41。面对较大的风切变，业内常采用增加塔筒高度的解决方案提升风机发电量。高塔筒大叶轮直径风机的叶片受力不平衡程度也更加不容小觑。面对高差近150米的风速变化，传统以轮毂高度风速评估发电量水平的方法计算误差较大，无法满足日益精细化的发电量测算工作。

最近有很多高校都对风轮面等效风速进行了研究。用于替代传统的以轮毂高度风速测算方法。尤其对于风切变比较大的项目，新的测算方法能够显著减少风速不确定性，更加准确地分析风机捕获风能水平。

这个方法是将风轮面分为若干个区间，将各个高度的风速进行积分的过程。当我们获得了风轮面等效风速后，我们可以将风机轮毂高度处的功率曲线替换为功率与风轮面等效风速的关系曲线，进一步提高计算准确性。

将风轮面等效风速和新的风机功率曲线结合到CFD计算中，我们可以计算得到更加准确的年发电量。经过对两种方法的比对测试，不同功率曲线测试方法都能都较准确得到机组的测量功率曲线，基于风轮等效风速的测量功率曲线更接近机组保证功率曲线，在该项目情景下，两种方法风机功率差异最大可达到80KW。

引入风轮面等效风速和对应风机功率曲线的概念可以大大减少由于叶片上下接触风速不均匀而导致的风速估算误差以及发电量测算误差，提升评估结果的可信度。最新的IEC 61400-15标准也将引入风轮面等效风速概念，未来使用等效风速的计算方法将逐渐普及，替代简单轮毂高度风速计算方法。

每个项目都有它独一无二的特点和属性。通过针对项目分析不确定性因素，层层把控潜在风险，减少不可控因素，提升收益保障。有效降低度电成本，为竞价上网、平价上网时代做好坚实的基础。