风电场的整体规划设计是一【yī】个【gè】复【fù】杂的系统工程，如【rú】何【hé】从宏观选址伊始的【de】项目全生命周期层层优化风电【diàn】场设计方【fāng】案，降低【dī】度电成【chéng】本、精【jīng】算收益率并预估电价【jià】是【shì】一个棘手【shǒu】的难题。
特【tè】变电工致力于为客户提供度电成本最优的风【fēng】电场解决方案，从风场的开发【fā】建设到运营【yíng】维【wéi】护【hù】，可以总体概【gài】括为四【sì】个方面，分【fèn】别是资【zī】源【yuán】评估、方案【àn】设计、风场的建设以及投运后【hòu】的运行维【wéi】护。风资源评【píng】估处于风场开发的前期【qī】阶段，风【fēng】资源评估的准确与否，对之后的投【tóu】资【zī】以及建设【shè】都会产生至关重要的作用。
风资源评估分为五【wǔ】个重【chóng】点工作【zuò】，分别是宏观选址【zhǐ】、精细【xì】化测风、机组选型、微观【guān】选址以及后【hòu】评【píng】估。
下面将通过【guò】两个经典项目案【àn】例，分享在风资源评估过程中经【jīng】常【cháng】会面对【duì】的问题以及【jí】解【jiě】决【jué】方案。
大容量风电基地风资源评估及发电量测算
近几【jǐ】年【nián】由于【yú】政【zhèng】策调整、部分省份【fèn】红色预警解除以及大型外送基地建设等因素【sù】，风电开发工作由中【zhōng】东【dōng】部及南方区域向三北区【qū】域转【zhuǎn】移的趋势【shì】。
项目【mù】位于甘肃玉门，在【zài】相【xiàng】距60公【gōng】里【lǐ】的【de】距离【lí】分别规划了300MW开发容量的两个【gè】候【hòu】选【xuǎn】场【chǎng】区【qū】，盛行【háng】风向都【dōu】是正【zhèng】西和正东风。根据风【fēng】电基地标准【zhǔn】排布间距来进【jìn】行布【bù】机，每个场区都使【shǐ】用90m高度单机容量2.0兆瓦的风机布置150台，进【jìn】行发电量的测算。场区A的【de】机位平均风速比场区【qū】B高0.12m/s，发电量【liàng】却少了8%。为什【shí】么风速【sù】高的场区发电量反而差这么多呢?
由两个场【chǎng】区的【de】风【fēng】速频率分布直【zhí】方【fāng】图【tú】可以看出，场区【qū】A在4-6m/s的【de】低风速区【qū】间和12-18m/s的高【gāo】风速【sù】段区【qū】间频率较高，场区B在8-11m/s的风速区【qū】间频率较高【gāo】。结合风机的出力特征【zhēng】可【kě】以得知，这【zhè】段风速【sù】区间刚好是风【fēng】机接近满发【fā】时的风速。因此【cǐ】虽然场区【qū】B的整体平均风速与场区A相【xiàng】比略小，然而他的风速分布更利于风机出力。
通过【guò】上述对风速频率分布的深入分析【xī】，我们【men】最终选【xuǎn】择了【le】平均风速相对较低，然而风速【sù】特【tè】性更加【jiā】利【lì】于风机出力的场区B，在此基础上，对场区B进【jìn】行【háng】进一步优化。
如图为备选风机的功率曲【qǔ】线标幺值以【yǐ】及【jí】对应的【de】标幺值【zhí】差值。我【wǒ】们【men】可以看出，标幺值差值在9-21米每秒的【de】风速【sù】区间达到峰值，说【shuō】明在这个【gè】风【fēng】速【sù】段中，两种风机的发电【diàn】性能是有较大差异的。针【zhēn】对不同风资源特【tè】性的场区，需要对症【zhèng】下药【yào】，选择匹配度【dù】最高的风机，以获得最大收益【yì】，减【jiǎn】少资源浪费。
对于大型风电基地【dì】来说【shuō】，有两【liǎng】个概念比【bǐ】较重【chóng】要，一个是尾流交换区，另一个是【shì】单位占地产能率。当前的【de】风机排布方式是根据已经投建【jiàn】的风电基地进行选【xuǎn】择【zé】的【de】，尾流损耗都在【zài】5%上【shàng】下波【bō】动【dòng】，对应的单位产地产能率也处于【yú】比较【jiào】低的水平。针【zhēn】对这样的情况，需【xū】要【yào】进行风机间距【jù】的优化，平【píng】衡尾流【liú】交换区和【hé】单位占地产【chǎn】能率间的关系。
针对项目的特性，进【jìn】行风机【jī】型号、间距等【děng】定制优化方案，挖【wā】掘场区发【fā】电潜【qián】力，提升发电量，优化风机机型【xíng】，合理设置尾流【liú】交换【huàn】区，最大限度减少尾流【liú】损【sǔn】耗，平衡与圈地范围的关【guān】系，避免土地浪费，同时进行道路和集电线路【lù】设计的优化，最终【zhōng】使发电【diàn】量提升2%，设计和施工成本降低【dī】1.8%,,节约【yuē】约【yuē】3000万元【yuán】投资【zī】成本。
平原风电场风资源评估
第【dì】二【èr】个【gè】项目位【wèi】于山东菏泽【zé】，是【shì】具有一定代【dài】表性的平原【yuán】项目，这个项目特别的一点是，它的【de】各个高度综合拟合风切变达到0.41。面对较大的风切【qiē】变，业【yè】内常采用增加塔筒高度的解决方案提升风【fēng】机发电量。高塔筒大叶轮直径风机的【de】叶片受【shòu】力不平衡程度也更加不【bú】容【róng】小觑【qù】。面对【duì】高【gāo】差近150米的风【fēng】速【sù】变【biàn】化，传【chuán】统以【yǐ】轮毂高度风速评估发电量水平的方【fāng】法计【jì】算误【wù】差较大【dà】，无法满足日益精细化【huà】的发【fā】电量测算工作。
最近有【yǒu】很【hěn】多高校【xiào】都【dōu】对风轮面等效风速进行了研究。用【yòng】于替代【dài】传统的以【yǐ】轮毂【gū】高度风【fēng】速【sù】测算方法。尤其对于风切变比较大的【de】项目，新的测算【suàn】方法能够显著减少风【fēng】速不【bú】确【què】定性，更加【jiā】准确地分析风机捕获风能【néng】水平。
这【zhè】个方法【fǎ】是【shì】将风轮面分【fèn】为若干个区间，将各个高度的【de】风【fēng】速进行【háng】积分的过程。当我【wǒ】们获得【dé】了风轮面【miàn】等效风【fēng】速后，我们可以【yǐ】将风机轮毂高度处的功率曲线替【tì】换【huàn】为功率与风轮面等效风速【sù】的关系曲线，进一步提高【gāo】计算准【zhǔn】确性。
将风【fēng】轮【lún】面【miàn】等效风速【sù】和新的风【fēng】机功率曲线结合到【dào】CFD计算中【zhōng】，我们可以计算得【dé】到【dào】更加【jiā】准确【què】的年发电量。经过对两种方法的比对测试【shì】，不同功率曲线测试方法都能都较准确得到【dào】机组【zǔ】的测量功率曲【qǔ】线，基于【yú】风轮等效风速的【de】测量功率曲【qǔ】线更【gèng】接【jiē】近机组保证功【gōng】率曲线，在该项目情景下，两种方法【fǎ】风机功率差异【yì】最大可达到【dào】80KW。
引入风【fēng】轮【lún】面等效风【fēng】速和对应风机功【gōng】率曲线的概念【niàn】可以【yǐ】大大减少由于叶【yè】片上下接触【chù】风速不均匀【yún】而导致的【de】风速估算误【wù】差以及发电量测算误【wù】差，提升评估结果的可【kě】信度。最【zuì】新【xīn】的IEC 61400-15标准也将引入风【fēng】轮面等效【xiào】风【fēng】速概念，未来使用等效风速的计算方【fāng】法将【jiāng】逐【zhú】渐普及，替代简单轮毂高度风速计算【suàn】方【fāng】法。
每【měi】个项【xiàng】目都【dōu】有它独一无二【èr】的特点和属性。通过【guò】针对项目分析【xī】不确定性因素，层层把【bǎ】控潜在【zài】风险，减少不可控因素，提升收益【yì】保障。有效【xiào】降【jiàng】低度电成本，为竞价【jià】上网、平价上网时【shí】代做好坚实【shí】的基础【chǔ】。
