關(guān)于云南山區(qū)風(fēng)電場選址方法的研究分析

張慶忠 徐廣贊 廖靜雅

摘要：為了有效開展云南地區(qū)風(fēng)電開發(fā)建設(shè)，經(jīng)過理論研究、綜合分析相結(jié)合，對云南山區(qū)地形條件下風(fēng)形成的原因和山區(qū)風(fēng)資源的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，對山區(qū)風(fēng)電開發(fā)的優(yōu)勢和難點(diǎn)進(jìn)行了比較，并結(jié)合山區(qū)風(fēng)資源的特點(diǎn)對山區(qū)風(fēng)電場場址選擇的原則和方法進(jìn)行了總結(jié)。所提供的方法和思路對于合理選擇云南山區(qū)風(fēng)電場場址，充分利用山區(qū)風(fēng)能資源，加快山區(qū)風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)具有較好的參考和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：云南;山區(qū);風(fēng)資源;風(fēng)電場;選址

近年來，隨著我國風(fēng)電事業(yè)的快速發(fā)展，“三北地區(qū)”和沿海地區(qū)等綜合開發(fā)條件較好的地區(qū)成為風(fēng)電開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)。而在一些西部地區(qū)，比如云南等，雖然總體屬于風(fēng)能資源貧乏區(qū)，但局部地形對風(fēng)速的顯著影響使得部分山區(qū)的風(fēng)能資源具有一定的開發(fā)價值。云南地區(qū)干雨季分明，6至9月為雨季，此時風(fēng)速最小，10月中下旬后，南支西風(fēng)急流逐漸在青藏高原南部形成，高空的強(qiáng)西風(fēng)急流動量下傳，造成云南近地面風(fēng)速增大，冬春季風(fēng)力最強(qiáng)，形成獨(dú)具特色的風(fēng)能資源，此外，隨著制造技術(shù)和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，在山區(qū)建設(shè)風(fēng)電場具備了大規(guī)模開發(fā)可行性。在山區(qū)開發(fā)風(fēng)電，具有占地問題相對簡單、與群眾關(guān)系相對容易處理等優(yōu)勢，但復(fù)雜的地形條件決定了山區(qū)風(fēng)電場的開發(fā)建設(shè)受到客觀因素的制約，比如長期氣象資料尤其是長期測風(fēng)資料缺乏、風(fēng)能資源分布復(fù)雜、道路建設(shè)條件惡劣等不利因素長期制約著山區(qū)風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)。本文對云南山區(qū)風(fēng)資源成因進(jìn)行研究，結(jié)合工程實(shí)際從風(fēng)速年變化、相關(guān)性、風(fēng)向分布等方面對山區(qū)風(fēng)資源特點(diǎn)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出有效的山區(qū)風(fēng)電場場址選擇的思路和方法，用以指導(dǎo)山區(qū)風(fēng)電場的開發(fā)建設(shè)工作。

1?云南山區(qū)風(fēng)成因及風(fēng)資源特點(diǎn)

1.1成風(fēng)原因初步分析

由于山區(qū)地形復(fù)雜，局部地形對風(fēng)速有很大的影響，風(fēng)資源呈現(xiàn)多樣性的特點(diǎn)，一個風(fēng)場的風(fēng)力資源可能在幾種風(fēng)同時作用下形成?？傮w上，山區(qū)風(fēng)形成原因歸納為：

（1）由于山區(qū)風(fēng)電場海拔高度變化較大，下墊層復(fù)雜，導(dǎo)致太陽照射不均勻引起溫度差，由溫度差和空氣的濕度差而引起大氣壓力差，由大氣壓力差產(chǎn)生風(fēng)。

（2）山脊、山谷對流風(fēng)，即在山脈地區(qū)存在與海陸風(fēng)類似的熱循環(huán)系統(tǒng)。山谷風(fēng)是由于山地附近山坡與周圍空氣受熱不同造成的。白天山坡接受太陽能熱多，被加熱的暖空氣不斷上升，而谷底上空相對較冷的空氣則下沉補(bǔ)充，形成山谷風(fēng)環(huán)流。晚間山坡溫降快，于是又形成了相反的環(huán)流[1]。

（3）當(dāng)氣流越過山脊時，氣流被壓縮并加速，稱為伯努利效應(yīng)。相對于風(fēng)來說，山脊的展寬很長，當(dāng)山脊走向與風(fēng)向垂直時，過山脊時風(fēng)速的理論提高量約為山脊前風(fēng)速的?2?倍[2]。

（4）氣流經(jīng)過孤立的山峰時，受到山峰的阻擋，由于孤峰山體較小，氣流向山峰兩側(cè)繞流，形成氣流加速，稱為繞流效應(yīng)。越過孤峰的風(fēng)速約為峰前風(fēng)速的?1.5?倍。

（5）當(dāng)氣流經(jīng)過迎風(fēng)向山脊的啞口時，啞口兩側(cè)的氣流受山脊的阻擋，氣流向啞口運(yùn)動，增加了啞口氣流量，從而使風(fēng)速增加，稱為啞口效應(yīng)[3]。

（6）當(dāng)氣流由開闊地帶流入地形構(gòu)成的峽谷時，由于空氣質(zhì)量不能大量堆積，于是加速流過峽谷，風(fēng)速增大。當(dāng)流出峽谷時，空氣流速又會減緩。由狹管效應(yīng)而增大的風(fēng)，稱為峽谷風(fēng)或穿堂風(fēng)[4]。狹管效應(yīng)示意見圖?1。

1.2?山區(qū)風(fēng)資源特點(diǎn)

以某山區(qū)風(fēng)電場測風(fēng)塔（以下稱為?1?號測風(fēng)塔）測風(fēng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對山區(qū)風(fēng)資源特點(diǎn)進(jìn)行分析。1號測風(fēng)塔處海拔?2203?m，塔高70?m。

1.2.1?風(fēng)速的年變化

1?號測風(fēng)塔?70?m?高度處的風(fēng)速和風(fēng)功率密度年變化曲線見圖?2。

由圖?2?可知：自?11?月至次年?5?月月風(fēng)速較大，為大風(fēng)季，對應(yīng)為干季;6?～?10?月風(fēng)速較小，為小風(fēng)季，對應(yīng)為濕季。即風(fēng)資源分布存在明顯的季節(jié)性，冬春季風(fēng)速大，夏秋季風(fēng)速小。風(fēng)電的季節(jié)性正好與水電形成了良好的互補(bǔ)，干季風(fēng)電出力大，水電正值枯水期，有利于電網(wǎng)枯水期供需平衡;濕季風(fēng)電出力小，水電正值豐水期，為汛期電網(wǎng)消納水電電能騰出空間。

2?山區(qū)風(fēng)電場開發(fā)優(yōu)勢和選址難點(diǎn)

2.1?山區(qū)風(fēng)電場開發(fā)優(yōu)勢

相比平原和丘陵風(fēng)電場，在山區(qū)開發(fā)風(fēng)電有其優(yōu)勢。平原、丘陵或沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、人口密集、土地使用緊張，加之風(fēng)機(jī)的噪聲、光影污染等，造成在平原、丘陵或沿海地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場面臨困難重重。而山區(qū)風(fēng)電場基本分布于海拔?1?000?～?3?500?m?的大山中，尤其是?3?000?m?以上的大山，如云南已建成投產(chǎn)的雪邦山、百山風(fēng)電場，海拔平均高度到達(dá)3600m，常年人跡罕至，與居民住所相距較遠(yuǎn)，所利用的土地多為荒地、劣地或退耕地，基本不存在征地難、與群眾關(guān)系緊張等制約因素。且山區(qū)多為電網(wǎng)薄弱地區(qū)，興建山區(qū)風(fēng)電場，將帶動山區(qū)電力和交通建設(shè)，促進(jìn)對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投資和建設(shè)，從而加快當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2?山區(qū)風(fēng)電場選址難點(diǎn)

（1）山區(qū)氣象觀測資料尤其是長期測風(fēng)資料缺乏。

（2）?山區(qū)風(fēng)能資源分布復(fù)雜，觀測難度大。

（3）?山區(qū)道路條件差，道路投資比例大。

（4）?高海拔山區(qū)氣候條件惡劣，風(fēng)機(jī)選型要求高[5]。

3?山區(qū)風(fēng)電場選址原則和方法

3.1?場址選擇原則

對于山區(qū)風(fēng)電開發(fā)，由于道路建設(shè)投資大、電網(wǎng)薄弱以及施工和運(yùn)行條件差，因此，山區(qū)風(fēng)電場址應(yīng)遵從便于道路建設(shè)和節(jié)省道路投資、方便接入電網(wǎng)、利于工程施工和運(yùn)行等?3?個原則重點(diǎn)考慮選址[6]。

3.2?場址選擇方法

3.2.1?風(fēng)資源初步判斷

結(jié)合山區(qū)風(fēng)資源的實(shí)際特點(diǎn)，風(fēng)資源分析理論，初步判斷以下幾類場址平均風(fēng)速較高，可以作為風(fēng)電場選址的重點(diǎn)對象。

（1）高海拔的連續(xù)山脊和山峰。

（2）主風(fēng)向上從山脈向下延伸的長峽谷。

（3）高臺地。

（4）經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)烈氣壓梯度的區(qū)域內(nèi)的隘口。

（5）開闊壩區(qū)兩側(cè)的高山脊。

對于缺乏測風(fēng)數(shù)據(jù)的山區(qū)，一般對風(fēng)資源的初步考察可以采用以下?3?種間接的方法來定性判斷該區(qū)域的風(fēng)資源狀況。

（1）植物變形判別。植物長期受風(fēng)力作用導(dǎo)致明顯的永久變形，主要表現(xiàn)為樹木的樹干倒向某一方向，可以說明當(dāng)?shù)刂黠L(fēng)向;其次從變形的程度可以說明風(fēng)力的大小和持續(xù)時間。通常年平均風(fēng)速的大小是樹木變形程度的主要因素。

（2）風(fēng)成地貌判別。地表物質(zhì)會因風(fēng)而移動和沉積，如果在山區(qū)山的迎風(fēng)坡巖石裸露，背風(fēng)坡砂礫堆積，在缺少風(fēng)速數(shù)據(jù)的地方，可以初步判斷該區(qū)域年平均風(fēng)速較大且主風(fēng)向穩(wěn)定。

（3）當(dāng)?shù)鼐用裾{(diào)查。通過對當(dāng)?shù)亟ㄖ锾攸c(diǎn)，如屋頂有沒有用磚石等重物壓瓦;并結(jié)合對長期居住居民的詢問調(diào)查，定性了解該地區(qū)風(fēng)能資源的情況。

3.2.2?交通運(yùn)輸

風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸有難度的主要有塔筒、機(jī)艙、葉片，尤其是葉片，國內(nèi)主流風(fēng)機(jī)葉片全部為整體結(jié)構(gòu)，隨著風(fēng)機(jī)功率逐漸增大，葉片長度越來越長。在目前的技術(shù)條件下，山區(qū)風(fēng)電場道路大件運(yùn)輸?shù)淖畲箅y點(diǎn)主要在于道路的轉(zhuǎn)彎半徑能否滿足風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)輸以及道路的縱坡能否滿足運(yùn)輸機(jī)艙要求?？紤]到山區(qū)交通條件的限制，在選擇風(fēng)機(jī)時要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)輸條件，在條件允許時盡可能采用大型風(fēng)機(jī)[7]。

3.2.3?接入系統(tǒng)

山區(qū)風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模較小，一般以?110?k?V?或220?k?V電壓等級送出，山區(qū)風(fēng)電場一般離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，送出線路較長。且高海拔山區(qū)冬季氣候惡劣，天氣寒冷，時有冰雪，部分地區(qū)覆冰大，部分地區(qū)覆冰小，覆冰分布不均勻，對送出線路桿塔設(shè)計(jì)檔距要求不一。因此，對于送出線路要注意覆冰和由此引起的投資增加問題。

3.2.4?工程地質(zhì)

風(fēng)電場選址應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定地段。對于高山地區(qū)的風(fēng)場地質(zhì)方面評估，重點(diǎn)考慮滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。對于場地不良地質(zhì)現(xiàn)象，即使風(fēng)資源再好，也應(yīng)采取一定的避讓措施。

3.2.5?用地屬性

風(fēng)電場選址應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)定的土地審批程序，優(yōu)先利用荒地、劣地和非耕地，避免占用天然草地、林地，風(fēng)電場范圍內(nèi)永久用地與臨時用地不應(yīng)涉及基本農(nóng)田。山區(qū)風(fēng)電場基本位于高山山脊，多為高山草甸、荒地或裸巖，用地屬性比較簡單。

3.2.6?周圍環(huán)境

風(fēng)電場選址應(yīng)結(jié)合國家和地方規(guī)劃以及建場地區(qū)的外部條件因地制宜確定，應(yīng)注意風(fēng)電場噪音干擾、電磁波干擾、視覺景觀等對附近居民帶來的生活影響[8]，以及對當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)造成的影響。

3.2.7?文物古跡、軍事設(shè)施、航空凈空區(qū)、自然保護(hù)區(qū)和礦藏

山區(qū)風(fēng)電場場址范圍較大，風(fēng)電場選址時應(yīng)通過調(diào)研收資及實(shí)地踏勘對擬選廠址處的文物古跡、軍事設(shè)施、航空凈空區(qū)、自然保護(hù)區(qū)和地下礦藏進(jìn)行了解，在選址階段就對風(fēng)場建設(shè)的不利因素進(jìn)行合理的避讓。

3.3?升壓站站址選擇

由于山區(qū)地形條件所限，山區(qū)風(fēng)電場升壓站站址選擇比較困難。升壓站的選擇，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分布、城縣規(guī)劃、土地征用、出線走廊、交通運(yùn)輸、水文、地質(zhì)、環(huán)境影響和生產(chǎn)、生活條件等因素綜合考慮，進(jìn)行深入的論證和分析，尋求理想的站址[9]。此外?由于山區(qū)風(fēng)電場海拔高，氣候條件惡劣，對升壓站選址提出了一些新的要求。具體的山區(qū)風(fēng)電場升壓站選址原則和方法如下：

（1）符合當(dāng)?shù)氐某青l(xiāng)建設(shè)規(guī)劃，不占用重點(diǎn)保護(hù)的文化遺址或有開采價值礦藏的地址。

（2）注意節(jié)約用地，盡量利用荒地、劣地，不占或少占耕地。盡量減少拆遷和障礙物清理工作。

（3）注意協(xié)調(diào)與周圍環(huán)境及鄰近設(shè)施的相互影響。

（4）便于風(fēng)電場生產(chǎn)人員生活、工作。

（5）山區(qū)風(fēng)電風(fēng)機(jī)分布分散，風(fēng)機(jī)多布置于連綿數(shù)十公里的山脊上，根據(jù)風(fēng)電場總體規(guī)劃容量統(tǒng)籌安排，升壓站站址的選址盡量處于規(guī)劃風(fēng)電場的中心位置，應(yīng)便于各片區(qū)風(fēng)機(jī)集中送出且集電線路路徑較優(yōu)。

（6）風(fēng)電場集電線路回路數(shù)較多，因此升壓站進(jìn)出線較多，應(yīng)充分考慮進(jìn)出線條件，留出線路走廊，避免或減少線路的相互交叉跨越[10]。接入系統(tǒng)條件應(yīng)便利。

（7）山區(qū)風(fēng)電道路運(yùn)輸條件較差，普遍需要新建進(jìn)站道路，升壓站站址應(yīng)與風(fēng)電場場內(nèi)道路緊密結(jié)合，充分利用已建道路，以便于施工及交通運(yùn)輸，減少進(jìn)站道路工程量。

（8）要選擇適宜的地形地貌和地質(zhì)條件。高山地區(qū)升壓站不能選高處，主要是交通運(yùn)輸存在較大困難，高處水源匱乏。同時由于海拔較高，雷暴、嚴(yán)寒、覆冰、大風(fēng)等惡劣天氣出現(xiàn)機(jī)會頻繁，空氣稀薄缺氧，對電氣設(shè)備絕緣不利，升壓站值守人員生活和工作條件惡劣。也不能選半山腰中，主要是滾石、塌方等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較大，工程土石方量較大。高山地區(qū)升壓站適宜選擇臺地或者河灘，地形條件好，工程土石方量較少的地方，但是選在河灘的站址一定要注意防洪和水土保持問題，要計(jì)算好洪水位標(biāo)高，要有切實(shí)可行的防洪和水保措施。以上選址原則和條件中，地質(zhì)和接入系統(tǒng)條件是影響站址選擇的關(guān)鍵因素，在地質(zhì)條件允許和接入系統(tǒng)可行的情況下，道路建設(shè)和水源條件是影響選站的重要因素，尤其對于山區(qū)升壓站，應(yīng)盡量選擇方便引接道路，進(jìn)站道路較短，同時周邊具有穩(wěn)定可靠水源的站址。

4結(jié)語

（1）云南山區(qū)風(fēng)電場選址是一個系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，應(yīng)結(jié)合本地區(qū)風(fēng)資源的特點(diǎn)，充分考慮到山區(qū)風(fēng)電建設(shè)的優(yōu)勢和難點(diǎn)，把室內(nèi)選址和現(xiàn)場踏勘選址結(jié)合起來。

（2）風(fēng)電場的選址要結(jié)合風(fēng)力資源情況，將地形地貌條件、地質(zhì)情況、道路運(yùn)輸情況、接入電網(wǎng)情況等多方面的因素作統(tǒng)籌考慮，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和社會效益的綜合評價，才能確定最理想的山區(qū)風(fēng)電場場址。

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作者簡介：張慶忠，男，1985年6月22日出生，本科，研究生在讀，目前主要在云南從事風(fēng)電、光伏等新能源開發(fā)建設(shè)工作，從事新能源開發(fā)建設(shè)工作10年以上，在風(fēng)電、光伏等新能源開發(fā)、建設(shè)、選址等方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前正在開展風(fēng)電、光伏開發(fā)與農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的研究。