内蒙古红牧风电场的复杂地形分析

1.地形特征

红牧风电场位于内蒙古自治区乌兰察布市察哈尔右翼后旗，地处阴山北麓，风电场二期场址区域南北长约3.0km，东西宽约5.0km，面积约15.0km。场址区域地势开阔起伏，海拔为1700～1880m，无建筑物阻挡。该风场包含山脊、山谷、陡斜地带、迎风坡、背风坡及高程不一的山峰等多种地形，地形分布如图2-2-3所示。

图2-2-3　地形分布图

2.风资源特征

根据察哈尔右翼后旗气象站及风电场场区测风资料，气象站1976—2006年多年平均风速约3.5m/s，风电场场区70m高处多年平均风速约8.6m/s，风功率密度为688.8W/m2。察哈尔右翼后旗气象站多年及测风年平均风向玫瑰图如图2-2-4所示。由图2-2-4可评估整个风电场的风能资源分布，如图2-2-5所示。对比图2-2-4和图2-2-5可看出：①山谷地带、背风坡和风电场下风向地势较低的地带，风功率密度较小（小于180W/m2），不适合布置风机；②山顶、山脊风功率密度大于280W/m2，应尽可能在此布置风机。根据风功率密度等级表推算，70m高处的风资源等级划分见表2-2-1。

图2-2-4　察哈尔右翼后旗气象站多年及测风年平均风向玫瑰图

图2-2-5　风电场风能资源分布图

表2-2-1　70m高处的风资源等级划分

布置风电机组时应尽量将风电机组布置在风资源等级4～5级以上处。(www.xing528.com)

3.风电机组布置

根据风电场工程技术手册主风向上风电机组间距为风力发电机直径的5～9倍，垂直主风向方向上风电机组间距为风机直径的3～5倍。红牧风电场的风电机组直径为77m，为分析风电机组间距对发电量和尾流的影响，在主风向上采用400m、450m、500m、550m共4种不同的间距，垂直主风向上采用350m、400m两种间距。因此确定方案I垂直主风向和主风向间距分别为350m和400m、350m和450m、350m和500m、350m和550m；方案Ⅱ垂直主风向和主风向间距分别为400m和400m、400m和450m、400m和500m、400m和550m。

（1）主风向。主风向上风电机组间距对发电量和尾流的影响选用方案Ⅰ进行分析，如图2-2-6、图2-2-7所示。由图2-2-6可看出，风电机组的尾流影响随风电机组间距的增大而降低（由于受局部地形影响，个别风电机组的尾流值存在差异），且尾流的递减速率逐渐变缓，这表明当风电机组间距增加到一定值时，尾流影响变化不明显，即对风电机组发电量增加的影响亦不明显。由图2-2-7可看出，平均发电量随风电机组间距的增大先增后减。随风电机组间距的增大，尾流损失减小，机组的平均发电量应递增，但由于受复杂地形的影响，尾流的影响在迎风坡和背风坡变化均不明显。尤其在背风坡，随风电机组间距的增大尾流减小更不明显，但风能密度随山坡走势的降低而减小，因此随风电机组间距的增大，风电机组发电量反而减小。因此在这种复杂地形下，沿主风向方向迎风坡的间距应比背风坡略大，迎风坡主风向上的间距约为风力发电机直径的6倍，背风坡间距约为风力发电机直径的7倍。

（2）垂直主风向。垂直主风向上比较350m、400m两个风电机组间距对风电机组尾流和年均发电量的影响。通过计算可知，在垂直主风向上随风电机组间距的增大风机尾流的影响减小，年均发电量增大。通过分析还可得出风电机组年均发电量和尾流影响的变化范围比增大主风向上风电机组间距时大。

由上述分析可知，复杂地形主风向上的风电机组间距并非影响风电机组年均发电量和尾流的主要因素，垂直主风向上的风电机组间距的选择更值得关注。

图2-2-6　不同风电机组间距的平均尾流影响

图2-2-7　不同风电机组间距的年均发电量

风电场的复杂地形微观选址除需考虑风电机组间距对发电量的影响外，还应考虑整个风电场风资源的分布。

随风电机组间距的增大，风电机组的尾流影响降低，年均发电量先增大后减小；主风向上随风机间距的增大，风电机组的发电量和尾流影响不如平坦地形的变化明显，且迎风坡比背风坡变化大；垂直主风向上的风电机组间距对风机的影响也相对明显，一般比平坦地形的影响大。

建议在复杂地形的主风向上风电机组间距的选择比简单地形小，约为风力发电机直径的6～7倍，简单地形的风电机组间距约为风力发电机直径的7～8倍。