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灵活布局风力发电机应对复杂地貌

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:判断依据为单个风电机组发电量水平及尾流影响的大小。对于复杂地形的风电场,如果风电机组布置的山脊线一侧是陡坡,为避免入流角较大,影响风电机组的运行安全,风电机组因尽量远离陡坡布置。复杂地形风电机组的现场确认安装工作是否到位将影响风电场的工程投资和施工难易度,所以在现场确认安装点时应注意以下问题。

灵活布局风力发电机应对复杂地貌

(一)制定风力发电机组布置方案的基本步骤

复杂地形风电场由于其资源分布的不均匀性,风电机组的布置具有自身特点,在制定布置方案时,基本步骤为:确定制约因素→模拟区域风资源分布图→初步布置→软件试算→根据计算结果调整布置方案→再次软件试算→进一步调整布置方案(直至计算结果合理)→复核机组布置方案(主要对各机位湍流强度、入流角以及道路、安装场地的可行性进行验证)→现场确认安装点→调整后获得最终布置。

(二)风力发电机组布置的主要环节

1.确定制约因素

风电机组布置的制约因素主要根据现场勘查及相关规划来确定,较为常见的主要有村庄、寺庙、采矿点、基本农田、军事设施、自然保护区架空线路信号塔、保护型水源、景区、行政区域交界线等。其中基本农田、军事设施、自然保护区、保护性水源为颠覆性因素,风电机组的布置应严格避开此类区域;村庄及寺庙主要是考虑到风电机组所产生的噪声对其生活造成的影响,应根据实际测评及选定风电机组的特性来控制合理距离。

2.风资源模拟

现阶段,风资源模拟仍主要采用WAsP、Wind Farm、Windsim、WT等软件进行模拟分析计算。另外,也可通过多设测风塔,并采用多塔计算的方式提高复杂地形风电机组布置的精度。

3.初步布置

初步布置主要根据确定的制约因素及风资源分布图并结合设计人员的自身经验在拟定的场址范围内进行风电机组的点位排布。一般情况下,初步布置应尽量选出具有可能性的所有风电机组的点位。

设计人员对各点位的施工条件应用进行初步的判断,将风电机组布置在施工条件较好的位置。如图4-2-1所示,15(1)号机位和15(2)号机位相比,前者比后者在海拔上低了近30m,故前者发电量要略低于后者。但由于15(2)号机位所在山型较小,要使道路及安装场地到达指定地点,其开挖量极大。因此,在布置时,选择15(1)号机位是较为合理的。

另外设计人员应对风场主风向受地势的遮挡有一定的判断。如图4-2-2所示,若此地主导风向为西南风,24号机位由于受西南侧山头遮挡,基本没有主导风向。因此虽然施工条件及海拔高度情况与23号基本相同,但其发电水平却远不如23号机位。

图4-2-1 15(1)号和15(2)号机位地形对比

图4-2-2 23号和24号机位地形对比

4.优化调整

通过风机布置优化软件对初步布置方案进行计算,并根据计算结果进行优化调整。判断依据为单个风电机组发电量水平及尾流影响的大小。

(1)发电量水平。单个机组发电量水平过低,说明该机位的选择不合理。通常筛选机组位置的最小发电量不小于全场风力发电机组平均值的80%。由于单个机组的投资一般在全场风电机组平均投资的80%以下,因此,增加的机位的边际成本不会降低该风电场的经济性。

(2)尾流影响。尾流影响过大,一方面降低了机组的发电量水平;另一方面说明该机位点湍流过大。通常情况下,单个机组最大尾流影响应控制在10%以内。

5.复核风电机组布置方案

复杂地形风电机组布置完成后,应连同道路、土建等专业技术人员赴现场放样确认。由于地形限制,部分机位点的道路不能到达或安装场地不足,因此,这种情况下机位点并不一定选在最高点,如图4-2-3所示。

图4-2-3 7号机位地形(www.xing528.com)

另外,相对平坦地形风电场,山地、丘陵地形的风电机组布置除考虑以上布置因素外,由于地形复杂,还应根据各机位的湍流强度、入流角复核风电机组的布置。

(1)湍流强度。由于地形、地貌及障碍物的原因,风会产生湍流。山地、丘陵地带的风电场地形复杂,部分区域湍流强度较大,若机位处的湍流强度超过了风电机组允许的最大湍流强度,将影响风电机组的运行安全。

图4-2-4中,31号西侧山脊线(圈内)区域虽然地形平坦、风资源也较好,但是由于31号、32号、33号机位的主风向(东方)迎风面很陡,造成山脊线区域湍流强度过大,机组疲劳载荷不能满足要求而不得不废弃。

图4-2-4 31~33号机位地形

在分析湍流强度时需注意,当山体陡峭度超过6°时,湍流强度计算模型就开始逐渐失效,且一般的线性模型无法考虑特殊山体形状对风速风向的影响。试验表明,当山体的陡峭度大于5°时,采用线性模型所计算出的山顶风速曲线将与试验的风速曲线分离,如图4-2-5所示。

(2)入流角。入流角是衡量风向偏移引起风电机组偏负荷的参数,入流角越大,对风电机组越不利。目前风电机组在设计时所承受的入流角不大于8°。

对于复杂地形的风电场,如果风电机组布置的山脊线一侧是陡坡,为避免入流角较大,影响风电机组的运行安全,风电机组因尽量远离陡坡布置。

(三)风电机组机位现场布置

根据已制定好的风电机组布置方案,结合现场实际情况,要对部分风电机组机位做适当调整。调整应在充分考虑风电机组布置各制约因素的前提下,追求风电场发电量的最大化,同时兼顾建设成本。

复杂地形风电机组的现场确认安装工作是否到位将影响风电场的工程投资和施工难易度,所以在现场确认安装点时应注意以下问题。

1.地形地貌图与风电场实地的误差

由于地形地貌图存在一定的误差(通常在5m等高线以上,山顶存在5m以下的高度误差),因此,在放样时,可根据现场情况对机位进行微调,以确保将机位放在较高点,并减少开挖量。如图4-2-6所示,40号机位点位于325m等高线以上,但无法判断最高点在该等高线范围内的何处,因此,在现场定位时有必要将机位调整到较高点。

图4-2-5 山顶与试验的风速曲线对比

图4-2-6 40号机位地形(单位:m)

图4-2-7 10号机位地形

2.机位点附近的信息采集完善

由于地形图测量精度限制,并不能完全反应现场所有信息,因此,在现场放样过程中如发现新制约因素,应对机位进行调整,如零星的坟墓、新的建筑物等。如图4-2-7所示,红框处,原地形图反应的居民点最高仅为等高线65m处,而现场实际已有新的民房建筑物建在了等高线80m处,因此,10号机位点距离居民点位置过近,需要往被调整,以保持足够的噪声控制距离。

注意:相对于平坦地形的风电场,山地、丘陵地区的风电场风能分布随地形变化而具有一定的特殊性,影响风电机组布置的因素较多,除考虑风资源分布、场地条件外,还需考虑湍流强度、入流角等影响风电机组安全的因素,在实际工程设计中,设计人员应根据不同地区的风电场地形、地貌的差异,结合工程经验,对布置方案进行充分的优化比选,从而达到风电机组优化布置的目的。

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