分散式风电风能资源评估技术

文 | 王海斌

分散式风电接入条件及应用场景

国家能源局发布的国能发新能〔2018〕30号文件规定，分散式风电项目是指所产生电力可自用，也可上网且在配电系统平衡调节的风电项目。

一、项目建设应满足的技术要求

（1）接入电压等级应为110千伏及以下，并在110千伏及以下电压等级内消纳，不向110千伏的上一级电压等级电网反送电。

（2）35千伏及以下电压等级接入的分散式风电项目，应充分利用电网现有变电站和配电系统设施，优先以T或者π接的方式接入电网。

（3）110千伏（东北地区66千伏）电压等级接入的分散式风电项目只能有1个并网点，且总容量不应超过50兆瓦。

（4）在一个并网点接入的风电容量上限以不影响电网安全运行为前提，统筹考虑各电压等级的接入总容量。

政策将接入条件放宽至110千伏，项目容量和消纳空间更大，分散式风电市场会得到进一步扩张。采用项目核准承诺制，优先获得补贴，鼓励市场化投资，充分释放支持分散式风电项目开发的政策红利，引入多元化主体加入分散式风电项目投资，保障分散式风电项目落地。鼓励同一县域内的项目打捆开展前期工作，分散式风电项目批量化或区域性招标将成为主流。

二、分散式风电项目应用场景与定价机制

分散式风电项目一般位于用户负荷中心（变电站）附近，可以就近多点接入，实现就近消纳、统一监控。

应用场景一：经济发达的中东部和南方是开发分散式风电的理想区域，打捆申报、建设、运维几万千瓦的分散式风电项目，经过开关站汇集后接入就近的变电站，一般电压等级涉及10/35千伏（110千伏电压等级接入项目禁止向上一电压等级反送；关于10/35千伏电压等级反送规则，可咨询当地电网公司）。核准时采用全额上网模式，上网电量由电网企业按照当地风电标杆上网电价收购。对于110千伏（东北地区66千伏）电压等级接入的分散式风电项目，接入系统设计和管理按照集中式风电场执行。中广核兰考分散式风电项目采用5台GW121/2.0机组，机组汇集后通过开关站接入变电站，是该应用场景的典型代表。

应用场景二：也被称为分布式风电，各类高耗能的工业园区、工厂等是其理想用户。另外，可与多能互补、智能微电网、乡村风电等融合，拓宽发展空间。通常利用自有土地，安装几台机组直接接入用户配电室。核准时选择“自发自用、余电上网”模式。自发自用部分电量可参与市场化交易，不享受国家可再生能源发展基金补贴，上网电量由电网企业按照当地风电标杆上网电价收购。在该种商业模式下，需要对用户抗风险能力及负荷消纳能力进行谨慎评估，防止出现电费结算不及时或限电风险。金风科技园区分散式风电、江苏大丰分布式风电机组是该种模式的最早实践和典型应用。

分散式风电风能资源评估关键技术

由于分散式风电项目的单体容量相对较小，风能资源评估是否准确对项目经济性的影响更为明显。评估资源的最好方法是在场区内树立测风塔，采用满一年的测风塔数据对资源进行准确评估。但是在很多分散式风电项目开发中，缺少测风塔测风的过程。面对这种情景，如何降低风能资源评估的不确定性？本文主要从气象数据获取、地形信息数据获取、流场的仿真模拟等三方面阐述分散式风电中的风能资源评估技术。

一、气象数据获取

1.风电大数据技术

通过对分散式风电项目进行定位，利用风电大数据平台自动匹配附近20千米以内已建成的风电场或者是周边以往的测风数据，对分散式风电项目的资源进行准确评估。

每一台风电机组就是一座测风塔。经过数十年的发展，全国范围内已经有大约8万台机组正在运行中，通过机舱传递函数，将SCADA记录的风速数据还原到叶片前的自由流风速；通过风角、偏航角等参数还原机组位置处的风向；通过SCADA记录的秒级数据，对场区的湍流进行数学统计计算。利用运行机组数据有效、准确地评估分散式风电项目场区内风况，也是在场区内无塔情况下最好的资源评估办法。

2.虚拟测风塔技术

虚拟测风塔技术是指，将风电行业的两大数据——测风塔观测数据和中尺度数据进行融合，根据不同的地形条件及项目特点使用不同的后处理方式，在230多万种排列组合的结果中比选更优的方案结果，结合人工智能方法进行后处理，输出完整年风速数据，提升中尺度风速模拟精度。现有的虚拟测风技术以金风科技的GOLDWRF技术为主要代表，通过大量数据验证GOLDWRF输出的虚拟测风塔数据，在平原地形下风速误差约在0.1～0.3米/秒；对于复杂的山地地形，风速误差约在0.3～0.5米/秒。在项目的前期规划阶段，通过虚拟测风塔技术可以为分散式风电项目的资源评估提供相对准确的风能资源数据，避免出现“盲人摸象”的情况。

图1 风电场分布（左图）和测风塔分布（右图）

3.激光雷达补测技术

激光雷达具有体积小、观测域广、便于移动的特点，借助激光雷达对分散式风电项目进行至少3个月的风速、湍流、切变观测，进一步获取项目风能资源参数，保证机组的安全性，降低投资的不确定性。通过激光雷达观测的风速数据，可用于分析选用项目风区发电量最优的机型；通过激光雷达观测的湍流数据，可用于分析选用适应场区湍流风况安全的机型；通过激光雷达观测的切变数据，可用于分析选用更适合场区经济性的轮毂塔架高度机组。激光雷达补测技术为分散式风电项目资源评估中不可缺少的手段，能够直接有效地保障机组的安全性。

二、地形信息数据获取

1.无人机三维建模技术

所见即所得。无人机三维建模技术是分散式风电项目地形数据获取的新途径，它基于空中航空摄影测量原理，利用高清影像和相应的位置姿态数据，经过空中三角测量和构建模型等过程生成覆盖区域的三维实景模型，生成不同分辨率/覆盖面积的三维实景模型，模型分辨率可高达厘米级，地物清晰可见。具有低成本、方便快捷、灵活机动、高效率、高分辨率等特点。凭借自身的技术优势，可快速、高效获取高分辨率的影像数据，无人机三维建模技术成为传统航空摄影测量的有效补充手段。

将无人机采集回来的数据进行三维建模，生成超高厘米级分辨率的物理三维模型，通过结合VR、AR技术，还原现实分散式风电真实场景。通过对分散式风电项目进行三维建模，不但可以减少时间经济成本，更能直观了解项目现场情况，为项目设计提供地形信息数据。

2.地物识别技术

图2 虚拟测风塔技术

图3 无人机测绘流程图

图4 无人机三维建模技术

分散式风电项目大多位于居民较多的平原地形，涉及的基本农田、居民、森林等限制因素较多，如果到现场逐一排除，会耗费大量的人力、物力。通过地物识别技术可快速准确地划分分散式风电项目的限制性区域，以典型高分辨率遥感影像目标机器样本库与特征库建设为基础，面向道路、房屋、水域等敏感区的检测与识别，其识别准确率高达85%左右，节省60%左右的时间。

三、流场的仿真模拟

分散式风电有两种应用场景：第一种场景——全额上网的分散式风电项目大多位于常规的平原、山地、戈壁、丘陵等地区。该类型分散式风电项目的资源流场仿真与集中式风电相同，使用WT、WindSim等CFD仿真软件即可满足拟评估；第二种场景——“自发自用，余电上网”的分散式风电项目大多位于园区。园区型分散式风电项目的最大特点就是园区内的建筑、障碍物较多，该种特殊下垫面环境给资源的流场仿真模型带来新的挑战。

高精度仿真技术采用非结构化网格对园区型分散式风电项目进行3D建模，输入气象数据，实现可高达0.5米×0.5米×0.5米级精度的流场仿真，进而模拟出建筑楼宇之间的湍流、能量等资源参数，为园区型分散式风电项目的机组排布提供数据支持，保障机组的安全性和经济性。

图5 地物识别图

图6 园区型分散式风电项目湍流模拟图

图7 园区型分散式风电项目发电量模拟图

总结

随着政策在全国的落地，分散式风电将进入快速发展期，并带动风电行业装机量持续快速增长，资源评估的重要性将得到进一步凸显。在开发分散式风电项目中，优先推荐运用测风塔对场区进行测风、准确的资源评估。在无测风塔的项目中，首先，通过风电大数据技术、虚拟测风塔技术、激光雷达补测技术获取项目的气象数据；再通过无人机三维建模技术、地物识别技术获取地理信息数据；最后，通过高精度仿真技术来模拟项目的资源分布，保证项目设计的经济性和安全性。数字化、大数据技术的进步为分散式风电项目的发展保驾护航。