[科普中国]-风电场选址

风能是风速的3次方，风速相差1倍，风能相差8倍，所以，选择一个好的风电场风速是至关重要的。风电场场址选择的好坏，对风能利用的预期目的能否达到，有着关键的作用。当然，风电场还要考虑电网、交通、环境、生活等条件，但风能资源是重中之重。

简介风能是风速的3次方，风速相差1倍，风能相差8倍，所以，选择一个好的风电场风速是至关重要的。风电场场址选择的好坏，对风能利用的预期目的能否达到，有着关键的作用。当然，风电场还要考虑电网、交通、环境、生活等条件，但风能资源是重中之重。

由于风能受天气、气候、地形和海陆等影响很大。但风能在空间和时间分布上有非常明显的地域性和时间性。所以选择品位较高的风电场是有规律可循的。国际上规定年平均风速6、7、8 m/s,分别为一般、较佳、最佳风电场。也就是说风电场最低风速为年平均风速在6 m/s以上，我国2 000多个台站，年平均风速在6 m/s以上仅几十个，除高山站外，所剩无几，选址问题仍是很突出的。

选址除了利用现有气象台站的资料外，还要根据当地地形、海陆分布等，按流体力学、小区域气候模式，研究大气流动规律，结合现场实地观测资料，最后判断能否建立风电场。1

选址的技术原则1、风能资源丰富区

规定年平均风速必须≥6 m/s以上才能建立风电场。若海拔较高，还必须订正到标准

下的6 m/s风速。如内蒙古一风电场海拔2 200 m以上，实测风速7.2 m/s，但空气密度为1.07 kg/m3，标准空气密度为1.225 kg/ma，两者比值0.873，也就是说7.2 m/s的风速订正到标准状态下为6.2 m/s。

在风能分区中的丰富区或者靠近丰富区的较丰富区，还要进一步作风能资源详査，对于短期现场的风速观测资料，还应序列订正到长年代风速资料，因为在观测的那一年，可能是大风年或小风年，若不订正，有产生风能估计偏大或小的可能性。订正方法以经验正交函数展开为基础的多元回归方法。

风力资源的优劣，直接影响风力发电量，从而影响其发电成本。在相同的条件下年平均风速7 m/s的风电场发电成本比6.5 m/s的下降8%左右，7.5 m/s的下降14%左右，8 m/s的下降近30%；而年平均风速6 m/s的风电场的发电成本比6.5 m/s的上涨11%左右，因此，认真选择一个好的风电场是非常重要的。它直接关系到风电场的投资效益。

2、稳定的盛行风向

对于风力机而言，除了风资源条件较好外，总希望有比较稳定的风向。我国地面气象观测规范规定的风向观测是按16个方位表示的。在气象报表上都记有各风向频率，可以将各风

向频率绘制成风玫瑰图。所谓盛行风向就是指出现频率最多的风向。有了稳定支配风向，使得在选址时，比较容易地考虑地形有利或不利的影响。

盛行风向也是风力机合理排列的主要依据。

3，容量系数较大地区

风力机容量系数是指一个地点风力机实际能够得到的平均输出功率与风力机额定功率之比。容量系数愈大，风力机实际输出功率愈大。风电场选址在容量系数大于30%的地区有较显著的经济效益。

4.风速的日变化和季节变化要小

由于风能利用中需要考虑到风速的稳定性，因此在选址时尽量要求不要有过大的风速日变化和季节变化。

从全国来着，低层风速的日变化可以分为两种主要类型一种是大陆型表现为白天风力变大，夜间变小。这是由于白天地表温度上升快，地面温度高于气温，空气变得不稳定，上下对流的结果，上层动量下传造成低层风速变大。另一种是海上型表现为下半夜到中午之前风速较大，而午后到上半夜风速较小。原因在于上午海温高气温低，而下午情况则相反。海上与陆地相比，一般说来海上风力的日变化比陆地要小，上述规律也是指在没有大风的天气过程时才比较明显。具体一个地方风速日变化和季节变化情况，还是以当地气象观测记录为准。

5.风机高度范围内风的垂直切变要小

引起风的垂直切变有热力的也有动力的原因。对于风机选址所要考虑的主要是因下垫面粗糙度而引起的不同垂直剖面风速廓线。特别是两种截然不同下垫面上空存在垂直切变相当大的风速剖面。这种切变对风机的工作是极为不利的。

6.湍流强度要小

由于无规则的湍流给风力机带来难以预计的危害，它一方面减小可利用的风能，另一方面使风力机产生振动和受载不均匀，缩短风力机寿命，严重时使叶片发生不应有的毁坏。因此在选址时要尽量使风力机避开粗糙的地表面或障碍物。可能的情况下，风力机的叶轮要比附近的障碍物高出6～7 m，离开障碍物的距离应是障碍物高度5～10倍远。

7.尽量避开灾害性天气频繁地带

灾害性天气包括强风暴(如强台风、飑线、龙卷风等)、雷电、电线积冰、沙尘暴、大雪、盐雾等等.但有时在选址时不可避免要将风机安装在上述地区，这时在设计与使用时必须考虑对风机的防护。1

影响因素1、地面粗糙度的影响

风速是测量时离地面高度的函数，边界层内风速随高度变化的关系，取决于地面粗糙度。现在一般都承认，风速随高度变化的关系是遵循指数律廓线。

由于地面粗糙度各个地方不相同，其地面可分为3或4种类型，各用不同的幂指数。如海面、海上小岛、海岸及大沙漠为一种类型，空旷田野、乡村、丛林等为一类型，森林、城市建筑群等为一类型等。

精确的地面粗糙度，必须通过梯度观测而求得。通常往往得不到梯度观测值，所以，需要找出指数和周围环境的关系。因为指数依赖地面粗糙度。波里申科和查法林给出了指数与地面粗糙度的关系。

指数随粗糙度增加而增加，这就造成风速切变在接近地面时减小。

因为指数还随着风速的增大而减小，所以，一般取平均风速状态下的指数。由于风能的大小与风速立方成正比，因此，只要适当的提高风力机塔架的高度，风速增大，就可使风能捕获力大大提高，多发电。

2.障碍物的影响

由于气流流过障碍物，在它的下游会形成尾流扰动区。在尾流中不仅风速降低，而且有很强的湍流，对风机的运行十分不利。因此在风机设置时必须注意避开障碍物的尾流区。尾流的大小与强弱跟障碍物大小与体型有关。

般来说，在障碍物下风方向10～20倍障碍物高度的地区是强的扰动尾流区，风机设置尽力避开这个范围。同时，在垂直方向上尾流扰动区还可以达到障碍物高度的2倍。因此如果必须在这个区域内安装风机时，其安装高度至少高出地面以上的2倍障碍高度。由于障碍物的阻挡作用，在上风向以及障碍物的外侧也会造成湍流涡动区。一般说来，风机安装地点如果在障碍物上风方向，也应距障碍物有2～5倍障碍物高度的距离。

3.地形的影响

复杂地形是指平坦地形以外的各种地形，大致可以分为隆升地形和低凹地形两类。局地地形对风力有很大影响。这种影响在总的风能资源分区图上显示不出来，需要在大的背景上作进一步的分析和补充测量。然而，复杂地形下的风场特征的分析是相当困难的。但了解了典型地形下的风场分布规律就有可能进一步分析复杂地形下的风场分布。

在河谷内，当风向与河谷走向一致时，风速将比平地大；反之，当风向与河谷走向近于垂直时，气流受到地形的阻碍，河谷内的风速就大为减弱。我国几个有名的大风区，如新疆的阿拉山、甘肃的安西、云南的下关就是因地形的峡谷效应，使风速得到很大的增强。

山谷地形下，由于山谷风的影响，这里的风将会出现较明显的日或季节变化。因此选址时需考虑到用户的需求。一般地说，在谷地选择风电场，首先要考虑的山谷风走向是否与当地盛行风向相一致。这种盛行风向是指大地形下的盛行风向，而不能按山谷本身局地地形的风向确定。因为山地气流的运动，在受山脉阻挡情况下，会被迫改变流向和流速，在山谷内风多数是沿着山谷吹的。然后考虑选择山谷中的收缩部分，这里容易产生狭管效应而且两侧的山愈高，风也愈强。不过另一方面，由于地形变化剧烈，所以会产生强的风切变和湍流，在选址时应该注意。1

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院