【计鹏视角】主风向对风机排布的影响

微观选址是风电项目非常重要的一个环节，微观选址阶段要明确风机的布置以达到发电量最优、经济效益最好。在地形平坦的地区，风机常常采用规则形状排布，当盛行主风向为一个方向或两个相反方向时，风机一般采用矩阵式分布；当主风向不明显或多个方向时，可采用梅花形排布。

当某地区主风向明显时，采用矩阵式排布，风机阵列垂直于主风向布置。一般来说，在垂直于主风向上，风机机组的列距为3~5倍风轮直径；在与主风向相同的方向上，行距为5~10倍风轮直径。


在实际风况中，即使风向很集中的地区，其风向也不是同一个值，而是集中在一个较小的角度范围内。如下图，主风向为N，风向值主要集中在0~20°之间。


风机排布时，理论要垂直于主风向。但从上图可以看出，主风向为一个范围，即使像上图风向集中程度已经很高的情况，风向变化范围仍有20°之大。这就导致风机排布的方向有20°的活动范围。在这20°的范围内，风向与点位阵列的偏差可能导致发电量的减少。

为减少其他因素影响，设置参数如下：

01
地形图人工生成为同一高度，即不存在地形的高差导致的发电量影响。

02
风速数据采用原始测风数据，其中风向人为修改为同一值，依次改变风向值，生成多个计算用的数据文件。

03
风机间距按5D×10D排布。

04
采用WT 5.2.1版本计算。设置兴趣区域步长为40m，水平分辨率为25m，垂直分辨率为4m，扇区步长为10°，热稳定度选中性。

05
减少地面粗糙度的影响，不使用粗糙度文件。

按5×8台机位布置，共40台机位。初始风向设置为西风，风向垂直风机阵列，起始风向偏差按0°计算。然后修改风向从西风逐渐转为北风，风向偏差逐渐增加，依次为10°、20°、30°、45°、60°、75°、90°等情况。风机排布方案和风向数据见下图：


经过计算，对40台风机点位的发电小时数进行统计，求取平均值，计算结果如下：


从图中可以看出：

01
当风向以不同角度吹向并排风机时，发电量会有变化。角度从0°~75°，发电小时数相差不大，在13%以内。当风向转到90°时，即行间距缩小为5D，列间距缩小为10D时，发电小时数出现骤减。

02
当风向为0°和90°时，即风向垂直吹向机组阵列时，发电量反而不是最高值。当角度为10°和75°，即风向偏差10~15°时，发电量最高。因此风电机组阵列在略微偏差主风向一个角度时，发电效益最好。

03
当风向偏差为30°时，发电量处于第二个低谷。根据风机排布间距，当角度在30°左右时，风机的斜对角方向与风向一致。

结论：

01
风向的偏差对风电场发电效益有影响。当风向偏差在±20°以内时，发电效益最好。

02
当风向完全垂直于风机矩阵时，发电量有略微的降低。

因此在评估风场风向时要尽可能准确，风机排布时要考虑主风向的分布区间，选取分布区间的中间值作为主风向较为合理。主风向的中间值可考虑采用最小二乘法等方法，具体操作方法暂未分析，大家可进一步思考。