学文网摘 要：如何在广阔的区域内选定适合建设风力发电场的范围，以及在选定风电场区域范围的情况下，结合区域范围内的地形地貌等实际状况，充分开发利用风能资源，是风力发电项目的根本，能否最大化的利用风资源内的风能资源是项目成功和避免投资风险的关键所在。
关键词：宏观选址；微观选址；风电场模型的建立；风力发电
中***分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0164-02
风电场选址与传统的发电厂选址不同，风电场内风力发电机组的发电量取决于风电场位置以及风电机组在风电场中的布置，风电场的选址是一个系统而且复杂的问题。宏观选址是从几十平方公里到几十万平方公里的范围，在对气象条件也就是风能资源、并网条件、经济性分析、地理地形条件、环境影响等等综合考虑后，选择一个风能资源丰富、最有利用价值的区域，通常是小于十平方公里的区域。微观选址是在选定的小区域内确定风机的布置，使整个风电场的经济效益最好。由于风电场选址的失误造成发电量的损失和增加的维修费用是很大的，而且一般来说是很难修复的，因此，风电场选址对于风电场的建设是至关重要的。
一、宏观选址
（一）气象条件：首先是根据该地区的历史气象资料，粗略的估计当地的年平均风速、风向的变化规律、年平均气温、极端最高最低风速、极端最高最低温度、同时还要考虑当地的自然气候，如风沙、烟雾、雷电、冰雹、台风等等。一般选择在下列区域：（1）风能资源丰富区，即平均风速相对比较好，风功率密度比较好的地区。（2）风向比较稳定的地区。（3）风速日变化和年变化比较小的地区。（4）自然灾害比较少的地区。
（二）并网条件比较好，也就是风电场场址要领近主电网，风电场投资中线路的投资比较少，降低成本。
（三）经济条件：要充分考虑风电成本和效益。
（四）地理地形条件：地理条件是指风电场的地理位置、海拔高度以及交通运输等基础设施，这将直接影响风电机组的运输、安装和调试等。地形主要是考虑风电场场址的地形地貌以及地面障碍物等。风电场场址最好选在比较平坦的地区，即在4km到6km的半径范围内，场址内的地形高度差最好小于50米。并且地形高长比小于0.03.同时也要考虑场址中的障碍物的影响。
（五）环境影响和评估：任何风电场的建设都要通过环评，因此在宏观选址阶段，考虑风电场对环境的影响是至关重要的。
二、微观选址
（一）现场测风：当风电场的选址到达微观选址的阶段时，仅有气象站的相关数据是远远不够的，需要在选定的风场范围内进行现场测风，一般是要在装机地点安装测风塔进行最短一年的测风、测量风速、风向、温度、大气压等等数据。
（二）风力机布局：在风电场中，风力发电机组的排布应该是整个风电场微观选址的核心了。风电机组在风场中排布方式的好坏将直接影响到风电场的容量系数，也就是影响风场实际的发电量的多少。而最佳的风电场排布方式是要综合考虑风向、风速、不同风向下的风速值、风电场的地形地貌、风力发电机的尾流效应、风电机组的特性同时还要考虑塔筒高度等。
（三）风电场场址评估：风电场的场址评估就是得出选定的风电场是不是适合建设风电场。在考虑了风电场风资源、投资规模、贷款利息、风电机性能以及电网负荷等因素，计算风电成本、回收年限等等，得出本风电场适不适合开发建设。
（四）在微观选址结束之后，要对风电场进行总体规划，编制可行性研究报告，从技术性、经济性、可行性等方面进行分析。
三、风力机尾流效应
在风电场中，风力机经常处在相邻风力机的尾流中运行，尾流不但对风力机的功率输出有影响，而且对风力机的结构疲劳也是很有影响的。因此，在风电场规划中必须考虑风力机尾流效应。
一般而言，当风经过风轮叶片后，风轮一方面会吸收部分风能，同时转动的风轮又致使风的湍动能增大，产生气流畸变、湍流，而风速的表现则是呈现突变减小的现象，这就是所谓的风电机组尾流效应。之后，在周围流场的约束下，风速又会随着风轮的距离渐远而得以逐渐恢复，如果风电场内的风电机组布置紧密，则会出现上游机组后面风的尾流效应尚存，风速尚不及恢复，进而导致下游机组风况恶化，输入风能不足，发电出力降低的情况。
由于风力机从空气气流中吸收了能量和风力机本身对空气的扰动，尾流区的速度有一个衰减和逐渐恢复的过程。在风力机的尾流区内，离风力机越近的截面，速度损失越大，而在同一界面内，离风力机轴线越近，速度损失越大。在风电场中，位于尾流取的风力机由于来流速度的损失，使风力机功率输出减小，因此在风场布置风力机时，必须考虑尾流对风力机功率输出的影响。但是风电场中又难以绝对避免尾流效应的影响，因为在目前风电场的土地费用不断增加，如果机组布置过于稀疏，不但会相应占用过多土地，且风电场的面积就会增大，工程投资成本和运行维护费用就会显著增加。因此机组间距的确定，也就是需要考虑风电机组尾流效应时，是一个考虑综合因素，在技术可行性和经济效益可行性之间进行选择的一个过程。
目前采用比较多的是：
（一）风力机的串列布置。风力机串列布置是指下游风力机风轮旋转轴线与上游风力机风轮旋转轴线重合的情况。在这种情况的布置下，在x/D=4时，计算得到的最大风率系数为没有尾流影响的50%左右；在x/D=6时，计算得到的最大风率系数为没有尾流影响的65%左右；在x/D=8时，计算得到的最大风率系数为没有尾流影响的75%左右；在x/D=16时，约为97%左右，尾流影响基本可以忽略。
（二）风力机的倾斜布置。风力机倾斜布置是指下游风力机风轮旋转轴线与上游风力机风轮旋转轴线平行的情况。在这样的布置下，由于避开了串列布置在轴线位置上的最大尾流，因此，下游风力机与上游风力机交错布置可以在很大程度上减少上游风力机尾流的影响。研究表明，当两台风力机风轮旋转轴线之间的距离大于3倍风力机直径后，通常可以不考虑两列风力机之间的尾流效应。
（三）在平坦地形上对风力机进行排布时，当风场盛行风向为一个或两个方向，且相互反方向时，则可以沿盛行方向倾斜布置风力机，前后排之间取5-9倍风力机风轮直径，风力机的间距取3-5倍风力机风轮直径。当场址上有多个盛行风向时，则风力机布置多采用“田”型或是圆形布置，风力机之间的间距要相对大一些。通常取到10倍左右的风力机风轮直径。
（四）在负责机型上布置风机时，风力机除了要考虑风力机尾流效应外，还要充分考虑复杂地形对风力机性能和载荷的影响。
（五）目前风电机组尾流形成机理的分析方法很多，其中由Jensen和Katic提出改进的Park尾流模型较为直观和简洁，PARK为流模型的示意***和在该尾流下，风轮下游风速以公式计算如下***一和***二所示：
四、一个案例
本文以一个案例说明微观选址的重要性。
河北承德姜家店风电场50MW安装33台1500Kw风电机组
***三为风电场不考虑尾流效益进行的布置，***四则是考虑使用PARK尾流模型计算得到的风机布置，根据计算的发电量不考虑尾流进行的风机布置较紧密，年发电量少，约为185GW，而考虑尾流影响的风机布置相对稀疏，但是发电量提高到了198GW，约提高了7%。
五、结语
微观选注有益于提高风电场的整体发电量也有益于保持全场风电机组的载荷均衡性和运行维护效率。
参考文献：
[1]GarradHassanandPartnerLt，WINDFARMERTheoryManual，May2009.
[2]杨建设.风电场微观选址的“顺向渐远”法[J].风能，2012，3（68）.