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在風(fēng)電從業(yè)者的眼中，高塔架似乎與復(fù)雜地形處在兩個(gè)平行空間里。一般在復(fù)雜地形尤其是山地地形中，受地形特點(diǎn)影響，在山頂及山脊線上通常會出現(xiàn)明顯的風(fēng)加速效應(yīng)。在加速效應(yīng)的影響下，山地的大氣邊界層可以分為兩層：一個(gè)“較薄”的內(nèi)層，其內(nèi)部的摩擦力超過慣性力，該層的典型深度為山地或山脈的半高寬度的1%～2%。內(nèi)層之上為外層，其內(nèi)部主要由慣性力支配。風(fēng)加速系數(shù)通常在內(nèi)層和外層的邊界處達(dá)到大值。當(dāng)高度超越邊界層后，風(fēng)加速系數(shù)開始減弱，這也是山地地形中一般呈現(xiàn)小切變（垂直風(fēng)速梯度�。┑脑�因。然而，是否所有復(fù)雜地形都會呈現(xiàn)出小切變的特點(diǎn)呢？

圖1 典型山脊風(fēng)況示意圖（引自《風(fēng)能氣象學(xué)》）

以陜北子長縣某項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目整體地形為黃土梁峁區(qū)，場區(qū)高程1200m—1600m，溝壑縱橫。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際數(shù)據(jù)可以看出，兩座測風(fēng)塔實(shí)測50m~90m高度擬合切變在0.191-0.230之間。這是由于該區(qū)域溝壑密度大，地形對風(fēng)速加速不充分，風(fēng)加速效應(yīng)對大氣邊界層的影響相對較小導(dǎo)致測風(fēng)塔整體切變較大。在這種切變下，提升輪轂高度可以有效增加發(fā)電小時(shí)數(shù)，提高項(xiàng)目收益。然而，兩座測風(fēng)塔在80m~90m高度對應(yīng)的風(fēng)速梯度出現(xiàn)了明顯減小的趨勢，擬合切變只有0.1左右，如果采用該切變計(jì)算，提升輪轂高度將變得毫無意義。通常情況下，風(fēng)資源工程師在做風(fēng)速垂直外推時(shí)會選擇擬合切變較小的結(jié)果來計(jì)算，而同時(shí)期國內(nèi)也沒有復(fù)雜地形使用高塔架機(jī)組的先例。是否堅(jiān)持專業(yè)的判斷，敢于打破常規(guī)，變成了擺在面前的難題。

通過對比測風(fēng)塔各高度風(fēng)速變化，發(fā)現(xiàn)夜間各高度風(fēng)速差異較大，白天各高度風(fēng)速差異較小，這是由于白天對流邊界層存在強(qiáng)烈的垂直混合，到了夜晚，地表冷卻會導(dǎo)致邊界層出現(xiàn)強(qiáng)分層的特點(diǎn)，使得該高度區(qū)間的風(fēng)解耦。80m高度以下的風(fēng)，感受到的高層驅(qū)動風(fēng)將會減弱， 90m高度以上的風(fēng)將會由于缺少來自下方地表的摩擦阻力而加速。而80m~90m正處于對流邊界層內(nèi)，從理論的角度上看，僅使用80m~90m的高度擬合切變，對測風(fēng)塔位置處整體切變的代表性相對較差。

圖 2 測風(fēng)塔各高度風(fēng)速對比

理論上的障礙掃清后，采用短期激光雷達(dá)測風(fēng)方案對該區(qū)域高空風(fēng)速變化趨勢進(jìn)行定性分析，同時(shí)結(jié)合金風(fēng)科技大數(shù)據(jù)平臺，查找到該項(xiàng)目周邊10km處存在的140m高塔同期完整年實(shí)測數(shù)據(jù)。結(jié)合雷達(dá)數(shù)據(jù)和高塔實(shí)測完整年數(shù)據(jù)分析，該區(qū)域90m及以上高度切變依然較大，這使得提高塔架增加項(xiàng)目收益成為可能。經(jīng)過反復(fù)論證分析，綜合考慮項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性該復(fù)雜項(xiàng)目終推薦采用125m高塔架方案。

圖 3 項(xiàng)目場區(qū)周邊地形遙感圖

圖 4 140m測風(fēng)塔和本項(xiàng)目測風(fēng)塔主風(fēng)能方向地形剖面（左）

以及測風(fēng)塔實(shí)測風(fēng)廓線考慮到項(xiàng)目地形較為復(fù)雜，該項(xiàng)目使用CFD軟件建模計(jì)算，而計(jì)算時(shí)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，也對計(jì)算結(jié)果的精度有著顯著的影響。為了降低CFD計(jì)算誤差，參數(shù)調(diào)整主要從兩個(gè)方面考慮：測風(fēng)數(shù)據(jù)高風(fēng)速段互推，用來調(diào)整森林密度模型和粗糙度模型。熱穩(wěn)定參數(shù)設(shè)置，用來調(diào)整入口風(fēng)廓線。根據(jù)不同參數(shù)互推驗(yàn)證成果，終選擇外推誤差較小的模型參數(shù)。通過下圖和表可以看出，改變模型參數(shù)設(shè)置可以明顯優(yōu)化計(jì)算模擬結(jié)果質(zhì)量。

圖 5 各參數(shù)設(shè)置下模型廓線與測風(fēng)塔廓線對比圖

表 1 測風(fēng)塔實(shí)測各高度與擬合各高度風(fēng)速計(jì)算值

圖 6 mast1各扇區(qū)模擬廓線與實(shí)際廓線對比

圖 7 mast2各扇區(qū)模擬廓線與實(shí)際廓線對比通過兩個(gè)測風(fēng)塔互推對比風(fēng)速，可以看出終優(yōu)化后模型的模擬風(fēng)速與實(shí)測風(fēng)速差距較小，模型質(zhì)量較好。

表 2 測風(fēng)塔互推結(jié)果驗(yàn)證

該項(xiàng)目投運(yùn)后，通過收集2021年4月到2022年4月風(fēng)場實(shí)發(fā)數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)剔除限電及故障損失小時(shí)數(shù)后項(xiàng)目平均等效利用小時(shí)數(shù)為2405.35小時(shí)，若當(dāng)初設(shè)計(jì)階段采用常規(guī)思路分析，推薦90m高度塔架，則本風(fēng)電場小時(shí)數(shù)將會降低約400h。而正是源于風(fēng)資源工程師在技術(shù)上的堅(jiān)持，該項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)造價(jià)值，向空間要資源！

表 3 實(shí)際發(fā)電量結(jié)果統(tǒng)計(jì)

編者按：隨著國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，可開發(fā)容量規(guī)模越來越受到關(guān)注，過去幾年不同的機(jī)構(gòu)均提出過通過提升塔架高度帶來可開發(fā)容量的顯著提升，尤其是在中東部平原大切變區(qū)域。但是除了上述已經(jīng)為行業(yè)所熟知的區(qū)域，其他區(qū)域提升塔架高度效果如何尚未有太多案例。本篇關(guān)注到了復(fù)雜地形區(qū)域，而經(jīng)過長期開發(fā)，山地復(fù)雜地形可開發(fā)區(qū)域的資源條件呈現(xiàn)出下降趨勢，大量的資源因?yàn)槭找娌贿_(dá)標(biāo)而被舍棄，另有部分資源處于開發(fā)臨界邊緣，如何盤活這樣的項(xiàng)目對風(fēng)資源從業(yè)者也提出了更高的要求，本篇介紹的項(xiàng)目正是通過前期風(fēng)資源工程師深入分析找到提升收益的切入點(diǎn)去盤活項(xiàng)目，進(jìn)而達(dá)到提高可開發(fā)容量的目的。金風(fēng)科技的風(fēng)資源團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)堅(jiān)持磨煉內(nèi)功，打牢基礎(chǔ)，在疑難項(xiàng)目上敢為人先，用扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和敬業(yè)的工作精神，為客戶持續(xù)打造優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目保駕護(hù)航。