四川德昌安宁河谷风电场风能资源评估

何 一，孙 庆，陈 宇

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

德昌安宁河谷风电场位于四川省凉山彝族自治州德昌县境内的安宁河谷北段，北起德昌县与西昌市交界处，南到德昌县城，南北长约18km，东西宽度2～4km。

德昌安宁河谷风电场是四川省风电场规划中推荐的首批开发的风电项目之一，因其风能资源丰富，前期工作深入，交通条件好，开发建设步伐较快，建成后将成为四川省的首个大型并网风电场。

2 自然环境

风电场所在区域属高原河谷地带，地形北高南低，螺髻山与耗牛山东西对峙，中间是安宁河谷，是安宁河谷平原的南延部份。境内地势起伏较大，周边山系最高处海拔4 359m，安宁河谷最低处海拔1 115m。安宁河河谷地区为北高南低的狭管状地形，风的狭管效应明显，因而造成南北向风力加大，大风频繁出现，且冬春季节季风尤为明显。

风电场位于德昌县麻栗、阿月、银鹿等乡境内，场址区海拔高度在1 360～1 570m之间，地势较开阔平坦，场区有西攀高速公路、国道G108线、成昆铁路及多条高压输电线路，民居星罗棋布，施工条件较好，但对风电场布局的影响物相对较多。

3 评估方法

通过在风电场区域内建立测风塔，收集满一年的测风数据后，与当地气象站长期数据进行订正，得到代表风电场多年平均的风能资源数据。

国内已建风电场多分布于三北地区和东南沿海，所在地多为平原或浅丘，地形平坦，一个测风塔的资料可以代表周边大片区域，且区域内风资源相差不大。本风电场地形复杂，起伏不定的山体对风况影响很大，故本风电场采用在经、纬两个方向的不同高程上建立多个测风塔，分析河谷地带的风资源分布特点。

4 测风数据分析

4.1 测风塔设立

经现场实地考察，将风电场区域划分为3个断面，上、中断面河谷较为狭窄，下断面河谷比较宽阔。共布置了7座测风塔(位置示意见图1)。上断面在德昌与西昌交界处，左岸布置1座70m测风塔(70#)，右岸布置1座30m测风塔(31#)；中断面在麻栗乡大高桥处，左岸布置1座70m测风塔(71#)，右岸布置1座30m测风塔(32#)；下断面在银鹿乡政府处，左岸较高处布置1座70m测风塔(72#)，沿河处布置1座30m测风塔(33#)，右岸布置1座30m测风塔(34#)。

4.2 测风数据

经过2008年8月～2009年7月一年的观测，数据显示区域内主风向为南、北两个方向。70m高度处风速为5.68～6.48m/s，30m高度处风速为4.08～5.64m/s。各测风塔同期风速数据见表1。

表1 各测风塔年平均风速

图1 测风塔位置示意

从测风数据分析可知，本区域的风能资源的分布特点为：

(1)河谷狭窄处风力偏大，宽阔处风力偏小；

(2)海拔高处风力偏大，低处风力偏小；

(3)河谷中心线处风力偏大，两侧近山处风力偏小。

4.3 数据订正

风电场附近的长期气象测站为德昌县气象站，距测风塔5～15km，距离较近，地形相似，可作为分析本风电场风能资源的参证站。

将气象站与测风塔同期数据进行相关性分析，相关系数R分别为为0.787(70#)、0.763(71#)、0.815(72#)、0.254(31#)、0.756(32#)、0.818(33#)、0.775(34#)，除最远处的31#塔相关性很差外，其他均在0.8左右，相关性较好。70#～72#测风塔与气象站数据相关性分析见图2～4。

图2 70#测风塔与气象站相关性分析

图3 71#测风塔与气象站相关性分析

图4 72#测风塔与气象站相关性分析

现有风电场现场的观测项目不全，且根据现场短期数据推求空气密度不能准确反映多年平均数据，可参考邻近地区的多年平均空气密度。

根据德昌县气象站多年平均气象要素统计值推算多年平均空气密度，计算公式为：

式中p——气压，该地区为 858.9hPa；

t——温度，该地区平均值为 17.6℃；

e——水气压，该地区为13.1hPa。

由此计算得到气象站多年平均空气密度为 1.024kg/m3。德昌县气象站的海拔高度比风电场现场低100m左右，两地的空气密度差别较小，以此空气密度代表本风电场的空气密度是合理的。

德昌气象站10m高处2004～2009年平均风速3.06m/s，2008年8月～2009年7月区间年平均风速2.82m/s，在系列中属于小风年。

利用气象站长期数据和当地空气密度对3个70m测风塔70m高度测风数据进行修正，订正为一套反映风场长期平均水平的代表性数据。70#测风塔70m高度平均风速6.41m/s，风功率密度229W/m2；71#测风塔70m高度平均风速6.62m/s，风功率密度268W/m2；72#测风塔70m高度平均风速5.8m/s，风功率密度212W/m2。

5 风能资源评估

5.1 风能资源

根据GB/T 18710-2002《风电场风能资源评估方法》，本风电场北部区域(上、中断面)风能资源较好，风电场风功率等级为2级，属风能资源较好区域。南部区域(下断面)风能资源较差，风电场风功率等级为1级，属风能资源可开发区域。

5.2 风速、风向特性

以71#测风塔为代表，风电场风向主要集中在南南西(SSW)和北北东(NNE)两个方向，盛行风向稳定，基本与安宁河河谷方向一致(见图5)。

图5 70m高度风向(左)、风能(右)玫瑰图

年有效风速时数为7 273h，占全年的85.4%，11～20m/s时数占全年的12.2%，大于20.0m/s时数占全年的0.01%。本风场有效风速时段长，无效风速时段较短，全年均可发电，无破坏性风速(见图6)。

图6 70m高度风速、风功率密度分布直方图

年内大风月集中在1～5月份，小风月集中在7～9月份，即冬春季风大，夏季风小。2～10月以南风为主，11～翌年1月以北风为主，即冬季盛行北风，其他季节盛行南风(见图7)。

图7 70m高度风速和风功率密度年内变化曲线

风速一日之内的变化十分复杂，一般情况中午12、13点风速开始加大，至下午16点风速最大，然后逐渐减小，至凌晨最小。就总体情况看，0～12点小，13～24点大(见图8)。

6 结束语

本风电场无破坏性风速，盛行风向稳定，其风能资源具有一定的开发价值。

从风能资源分布来看，北部区域风功率密度较大，风能资源优于南部区域。

从开发条件来看，区域内主要公路均位于左岸，而风电机组大件运输主要依靠公路运输，过河及穿越铁路线均有一定困难，安宁河左岸区域开发条件优于右岸区域。

图8 70m高度风速和风功率密度日变化曲线

本风电场区域较大，可分为多期滚动开发。根据以上分析，北部左岸区域风能资源丰富，开发条件好，应作为第一期开发的重点区域。北部右岸区域风能资源也较好，在后续进行道路交通研究后，宜作为第二期开发的区域。南部区域风能资源较差，在前两期风电场建设开发的基础上，总结经验，深入优选机组点位，可作为第三期工程进行开发建设。

参考文献：

[1] 中国水利水电建设工程咨询公司.GB/T18710-2002《风电场风能资源评估方法》[S].北京：中国标准出版社,2002.

[2] 宫靖远,贺德馨,等.风电场工程技术手册[M].北京：机械工业出版社,2004.