科普 | 如何选择风电场场址?

01 风电场选址的重要性

风能是具有大规模开发价值的可再生能源，对环境保护和社会可持续发展具有重要意义。

风能是风速的3次方，风速相差1倍，风能相差8倍。因此，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。

理论上风资源丰富、风向稳定、风能分布集中、破坏性风速较小的风场是一个理想的风电场，适宜建设大型风电场。

（资料图：明阳集团）

02 陆上风电场选址

陆上风电场指的是利用陆地上的风来获得电力的整套设施，其中陆上风电场还分为平原地区的风电场和山区风电场。

陆上风电场的宏观选址是指在一个较大的区域，对形成风的各种因素包括地形、地貌、地质、气象、交通运输、接入系统等因素进行综合分析，找出风资源较好，具备装机条件的风场。风电场宏观选址是整个风电场建设的最重要的一个环节。

宏观选址

风资源

风能资源评估是整个风电场建设、运行的重要环节，是风电项目的根本，对风能资源的正确评估是风电场建设取得良好经济效益的关键，有的风电场建设因风能资源评价失误，建成的风电场达不到预期的发电量，造成很大的经济损失。因此，风资源是风场必须具备的先决条件，用于评估风资源的主要参数有年平均风速、风频及风向、年风能可利用时间等。

其中，年平均风速是最重要的参数。年平均风速是指在给定时间内瞬时风速的平均值，测风高度应与风电机组轮毂高度相等或接近，由场内有代表性的测风塔（或若干测风塔）读取（取平均值）。

一般委托相关单位进行该风场测风塔设立并进行测风服务，安装地点应选址该风电场有代表性的地方，数量一般不少于2座，若条件许可，对于地形相对复杂的地区应增加至4~8座，测风仪应安装在10m、30m、50m、70m的高度进行测风，现场测风应连续进行，时间至少1年以上。

一般说来，只要当地有稳定的盛行风，年平均风速在标准空气密度下不低于5m/s，风速在同等条件下为 3～25m/s内,风机的年等效满发小时数时间多于2000h，就可以建风电场。

（资料图：运达股份）

地形影响

地形是影响风力发电场选址的一个非常重要的因素。风力发电场需要建立在较为平坦的地区，并且必须避免高耸的建筑物、山脉和树林等对风速的影响。风力发电场建设前，需要评估地形、地貌和土质，采集高程数据、水文数据和土壤数据，避免建设风电机组的地面过于坚硬。

气候条件

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 。

尤其注意，要尽量避开灾害性天气频繁地带。比如海边风场的飓风、龙卷风都可能在短时间内摧毁风机 。在我国北方地区，气温低于零下30°C,风机将切出运行，低于零下40°C，对风电机组就形成破坏。此外，气候因素还包括湿度和降水量等，这些因素也会对风力发电的效率产生影响。

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。

环境因素

发电场的选址需要避免在生态环境敏感区域建设，同时还需要采取一系列的环境保护措施，如噪声减少、采用环保材料等，以确保风力发电对环境的影响最小化。评估生态环境包括野生动植物、水资源、大气污染和噪声等因素。

社会因素

社会因素包括人口密度、土地利用、文化遗产、经济影响等。

风力发电场的建设还需要考虑周边社会影响和文化影响，应考虑周边居民对该项目的接受程度，避免对当地居民生活带来的负面影响。选址时还需要考虑土地利用问题，确保在不占用大量农田、森林等土地的前提下建设风力发电场。

电网和交通

风能资源丰富的地区一般都在比较偏远的地区，如山脊、戈壁滩、草原和海岛等，必须拓宽现有的道路并新修部分道路以满足大部件运输，其中有些部件的长度可能超过30米。

并网型风力发电机组需要与电网连接，厂址选址时候应尽量靠近电网。对于小型风电项目而言，要求距离10～35kV电网较近。对于较大型风电项目而言，要求距离110～220kV电网较近。风电场距离电网较近不但可以降低电网成本，而且还可以减少电网损耗，满足电压降要求。

微观选址

风电场的微观选址是以风电场的宏观选址为基础，在已确定风电场宏观选址的前提下，进一步确定风电机组的选型、安装位置等。

（资料图：深圳能源）

机型选择

陆上风电机型的选择应综合考虑单机容量、成本效益、安全性、技术成熟度、国产化率和售后服务等因素，以确保风电机组的有效运行和长期的经济效益?。

成本效益，包括静态投资成本和度电成本的降低。使用更大容量的机组，可以减少机位数量，从而降低静态投资成本，并降低度电成本?。

根据场址的气候条件选择合适的安全等级的风电机组。例如，沿海地区的陆上电厂需要适应风速向内地的衰减规律，以及考虑当地的地质条件和涨潮落潮规律，选择合适的沿海型风机?。

应选择技术成熟、可靠性高的机型，避免使用不成熟的技术，因为这可能会导致运行效果不理想和故障?。

陆上机组布置

1.风电机组行间距不宜小于3倍风轮直径，列间距不宜小于5倍风轮直径。对于沿山脊单排或双排布置的风电场，可减小列间距。对于主风能方向不集中的风电场，可调整行间距、列间距。

2.对于位于简单地形区域装机容量大于200MW的风电场，宜设置风能资源缓冲恢复区。

3.对于风能特征参数变化较大、存在多个安全等级的风电场，宜采用混合装机方案，风电机组机型不宜超过3种，轮毂高度不宜超过3个。

4.风电机组布置应考虑地势的陡变、遮挡的影响。

5.风电机组布置应符合施工作业面和运行维护对机位场地的要求。对于降低风电机组机位基面的，宜通过技术经济比较后确定布置方案。

6.对于施工和运输难度大的风电机组机位，应根据风电机组塔架、叶片和机舱的尺寸及其重量对运输与施工费用的影响，综合其发电量后优化布置。

7.风电机组布置宜考虑风电场凝冻结冰造成的脱冰或甩冰对周边的影响。

8.风电机组布置涉及河道及其滩地的，应符合河道管理的有关规定。

机位避让

1.机位布置应避开各类限制因素。微选前机位方案和微选后调整的机位方案应在各部门落实地类是否可用。

2.风电机组布置与铁路、省级及以上公路、输电线路、地面敷设的油气管道等设施的避让距离为自塔架根部外沿起至避让对象保护范围边缘，避让距离宜符合以下规定：

2.1距离铁路、高速公路、220kV及以上架空输电线路不小于风电机组倒塔距离的1.5倍。

2.2 距离省级及以上等级公路、35kV以上架空输电线路、地面油气管道不小于风电机组倒塔距离的1.0倍。

3. 风电机组布置与电力电缆、通信电缆和通信光缆的避让距离应自风电机组基础外边缘计算，避让距离应符合下列规定：

3.1 距离陆上电信设施不应小于10m。

3.2 距离宽阔海域海底电缆不应小于500m，距离海湾等狭窄海域海底电缆不应小于100m，距离海缆登陆点岸线不应小于50m。

4. 风电机组布置应符合现行国家标准《声环境质量标准》GB 3096对噪声限值的规定。

5. 风电机组布置对阴影闪变敏感区域的影响时间每年不宜超过30h，每天不宜超过30min。

6. 风电机组布置应避开滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害易发区域。

03海上风电场选址

海上风电场是指水深10米左右的近海风电。与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风能资源更丰富，风电机组单机容量更大（3～5兆瓦），年利用小时数更高。但是，海上风电场建设的技术难度也较大，建设成本一般是陆上风电场的2～3倍。

与陆地风电相比，海上及潮间带风电机组所处的环境与陆地条件截然不同，海上风电技术远比陆地风电复杂。

（资料图：明阳集团）

海上风电场选址过程主要包括宏观选址和微观选址。宏观选址是在国家风电规划区域内选择一个或多个具有最优价值的风场区域，过程主要包括风电场区域选址、风资源论证和项目可研；微观选址是在宏观选定的区域内明确风电机组布置方案，以实现风电场经济效益最高。

宏观选址

海上测风

海上风电基地对于海风的要求很高，要求海风要有一定的平均风速与风功率密度，要将风速和风功率密度保持在6m/s和200W/m?以上。

海上测风数据主要来源于沿岸气象站、气象浮标站、海上测风塔、卫星遥感观测、海洋船舶气象观测、石油平台气象观测等。

目前用于海上测风的设备平台分为固定式和漂浮式。固定式用于地质条件适宜打桩且水深小于25m的海域，通常造价较高；漂浮式平台有柱稳式浮体平台和舱体式，该平台会随波浪潮汐的波动而波动，影响测量数据的准确性，但其安装费用低，适用于地质条件较差的深远海。

因海上测风站观测数据稀缺，风资源通常采用数值模拟方式，该方式的评估结果覆盖范围比站位观测面广、比卫星探测时间连续性强，在表征大范围地区的风场时空分布及风资源评估预测方面具有很大优势。常见的风场数值模拟建模方法有中尺度模式、小尺度模式、多尺度嵌套模型、海气耦合模型等。

目前各国已有的风资源评估标准大多根据陆地环境特点制订，而海上风资源有其自身特点，主要表现为平均风速大、风切变低、海洋表面动力学粗糙度持续性变化、海上湍流长度大、大气昼夜变化、大气稳定度、季节变化等。因此进行海上风资源评估时还需要考虑气温、水温、潮位和昼夜等因素的影响，以提高风资源评估的准确度。近年来，包含大气、海洋、海冰和陆面等多分量的海气耦合模型能够提供一体化的海洋水文气象信息，更好模拟近岸风，尤其是极端风。

在我国，海洋风条件最好的地址位于台湾海峡一带，其次在广东、上海、江浙一带，最后是山东、河北一带。

区域选址

建立海上风电基地需要对所选海域进行地质勘探，合理布置勘探点位可以全面的了解海洋床底区域的地质构造。一般情况下，被细小颗粒覆盖的海床条件相较于有较大沉积物的海床更利于建设海上风电基地。

（资料图：中交三航）

海底深度也是影响项目总成本的重要因素之一，较大水深会给施工带来难度，如超过40m的水深，千斤顶驳船就不能胜任了，需要锚式起重船，但其受海况条件影响比较大。海底电缆的铺设一般在5~30m的水深范围内。

区域选址需要去除一票否决因素的区域，包括军事设施、石油天然气、航运航道、航空和雷达、渔业和捕捞、环境制约（动植物生态圈、视觉、噪声、海洋考古）等受限区域；还需考虑台风、水文、空气盐雾、海浪、潮汐流、潮差、海冰影响及海床地质结构、海底深度和最高波浪级别、水深和离岸距离、地震与构造风险等因素影响；并考虑港口位置、交通便捷性、电网远近、环境影响、地质条件和海岸线规划等非气象因素。

环境因素

海上风电项目的占地一般较大，规划范围可达数十千米，如果规划范围内存在湿地、自然保护区等敏感性地区，在建设、运行中必然会造成较大影响。在项目建设过程中，风电机组基础的建设、电缆敷设都会对海域地质造成影响，为了保证机组的稳定性，其基础需要通过液压打桩及使用大量石块进行护桩，这些工作都会改变海域内原有的地质情况，使海底泥沙悬浮造成水体浑浊，同时机组设施出现渗漏油也会对局部海水水质造成严重污染。

微观选址

微观选址主要进行风机选型、风机排布、详勘及投资成本分析等。风机选型需大致考虑风机的类型、叶片数量、额定风速、功率曲线、容量系数和储能方式等。

风机排布

确定风机排布是微观选址过程中最为重要的事项之一，该过程需明确风场边界、风电机组预安装台数、机组位置、风资源和发电量计算。机组最优网格型排布方案中各排风电机组的连线应与主风向大致垂直，机组间距应不小于3.0D，同时，风机排布需要综合考虑风资源、湍流及尾流等多种因素影响。

海上风电机组布置

1.风电机组行间距不宜小于3倍风轮直径，列间距不宜小于7倍风轮直径。对于主风能方向不集中的风电场，可调整行间距、列间距。

2.海上风电机组布置应符合海域使用和通航安全的要求。

3.海上风电机组布置应考虑风电场整体发电量、尾流、涉海面积、海底地形条件、地质条件的影响，经综合技术经济比较后确定布置方案。

湍流强度

在微观选址过程中，还需考虑湍流强度影响。湍流强度分析需考虑环境和机组尾流因素，其中环境因素包括地面粗糙度、障碍物和地形等。海上风电场可根据海面粗糙度来估算纵向湍流，然后计算风电机组各等级的代表湍流强度随风机轮毂高度处风速的变化关系，并进行风电机组适应性评估。

选址技术发展趋势

近年北斗卫星系统已开始全面应用，海上卫星系统已实现全球海洋与陆地的高精度大地测量、导航和自然资源勘查。目前海上站位测风较少，未来可进一步提高卫星遥感技术结合漂浮式雷达、自航式海上观测平台等方式增加风资源测量点，扩展风资源测量的手段及方法，并可进行无人机海上测风的研究及应用。

海上踏勘方面在基于多波束探测仪进行海底地形地貌测绘时，可采用海洋声层析技术编制海底三维图像，使用海底地震仪确定海底不稳定地区。随着视频和机器人技术的发展，使用机器人海底探测也将是未来的一个发展趋势。

综合宏观选址和微观选址的各种因素来看，风电场选址的具体步骤为：

步骤1 核算出风电场整体风资源,挑选出风能资源较丰富区域。

步骤2 考虑具体的地形情况和道路情况，在坡度平缓、交通便利、施工方便的区域布置风机。

步骤3 完成以上两步后，根据间距的不同来制订多种方案,例如，主风向上的风机之间的间距应设置为风机直径的5-9倍，垂直主风向上的风机之间的间距应设置为风机直径的3～5倍，同时，要依据场址的实际范围、风电场容量等调整间距。

步骤4 在确定好风机之间的距离后，需要考虑发电量、湍流强度、尾流损失等，并计算它们的影响程度，布置好风机。

步骤5 在多方案中优中选优，确保风机间距合理科学。

来源综合自：百度百科、 海峡大港口、中化明达科技有限公司、低空测风专家、 溪流之海洋人生等