硬技术 | 大容量风电场与平原风电场的风资源评估

在全面竞价上网的政策背景下，电价成为资源配置方式的核心关键词，国家能源局发布的47号文规定，上网电价占评分标准的权重不低于40%，意味着承诺上网电价是“竞价”最重要的考核指标，其得分成为衡量企业竞价胜出的关键。

如何通过降低度电成本拿出具有竞争力的上网电价成为企业获取资源的关键。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

近几年由于政策调整、部分省份红色预警解除以及高压输电线路的建设等因素，风电开发工作有从南方向三北区域转移的趋势。

第一个项目位于甘肃玉门，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，每个场区都使用单机容量2.0兆瓦的风机布置150台，进行发电量的测算。然而虽然场区A的机位平均风速比场区B高0.12m/s，但发电量却少了8%。为什么风速高的场区发电量不仅不多，反而差这么多呢？

我们将问题拆分开，分别看一下两个场区的风速分布以及对应的威布尔分布。可以看到场区A的风速分布与威布尔曲线拟合的较好，场区B的风速分布与威布尔曲线的相关性只有0.88。此外，我们可以看出，两个场区在9-12米每秒的风速区间中，风速频率相差较大，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。

此外，在风机型号的选择上也导致场区A的发电量不及预期。如图是两个场区所使用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，有两个概念是比较重要的，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，最终使得场区A的等效小时数提升500个小时数，此外还可以通过控制圈地面积，大幅提升单位产能，减少资源浪费，发挥其最大利用价值。

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，这个项目比较有意思的一点是，它的各个高度综合拟合风切变达到0.41，像这样的情况，我们就需要对它的切变进行一个更加详细的针对性分析。在当地风切变变化体现在白天地表升温，热稳定度降低，切变减小，夜晚切变增大，秋冬气温较低，大气层结稳定，风切变减小的规律。此外，在中低风速区间，地表障碍物的粘滞效应随着风速增大而加强，使得切变也随之增大，当风速达到强风水平，地表粘滞效应减弱，风切变逐渐回到较为平稳的状态。

对于这种风切变较大的项目，风机叶片受力不平衡程度较高，更需要重视叶片的受力分析，避免隐患。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发电量方法。尤其对于风切变比较大的项目，传统方法会引入比较大的误差。

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，可以看出在8-10米每秒，风机接近满发的风速区间内两种方法相差最大，可达到10%。

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。

每个项目都有它独一无二的特点和属性。特变电工致力于为风场前期开发提供准确可靠的风资源分析和解决方案，分析不确定性因素，把控风险，起到降低投资，提升收益的作用，为客户创造更大价值。