四川省山地风电场测风塔选址及建设关键技术研究

温 鹏

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风能是资源潜力巨大、技术较为成熟的可再生能源，在减排温室气体、应对气候变化的新形势下，越来越受到世界各国的重视，并已在全球大规模开发利用。

四川省的风能资源主要分布于川西北部高原、川西南部和北部山区，省内的风电场大部分以山地风电场为主。由于山地风电场具有场址平均海拔高、地形起伏大、气候差异显著等特点，测风塔选址及建设在风电场建设的前期阶段尤为关键，对风电场的高效运行非常重要。本文简要介绍了四川省风能资源分布情况、境内山地风电场的主要特点，提出了四川省山地风电场测风塔选址及建设的关键技术要点。

1 四川省风能资源分布及山地风电场主要特点

1.1 四川省风能资源分布

根据四川省已设立测风塔观测数据分析，全省风资源分布特点为盆地内风速较小，西北部高原、西南部和北部山区风速较大。其中，四川省西北部高原、西南部山区风能资源主要受西南季风影响，北部山区受东北季风影响，上述大部分区域离地50 m高处的风功率密度能够达到风功率密度2级及以上。从行政区域看，四川省风能资源主要分布在凉山州、攀枝花市、广元市、甘孜州、阿坝州等地，其中凉山州约占全省可开发区域的50%。

1.2 四川省山地风电场主要特点

四川省风电场以山地风电场为主，山地风电场主要有场址平均海拔高、地形起伏大、气候差异显著等特点。

1.2.1 场址平均海拔高

从场址海拔分析，凉山州及攀枝花市境内的风电场场址海拔分布在2 800～3 800 m之间，广元市境内风电场场址海拔分布在1 000～1 800 m之间，甘孜州和阿坝州具备开发价值的风电场场址平均海拔在4 000 m以上。

1.2.2 地形起伏大

四川省境内川西南山地区位于青藏高原东部横断山系中段，地貌类型为中山峡谷，川西南大约94%的面积为山地，山体多为南北走向，连绵起伏，相对高差500～800 m不等，该区域是四川省风能集中区。山地风电场一般由一条或多条山脊组成，机组一般沿山脊布置，省内山地风电场具有地形起伏大的显著特点。

1.2.3 气候差异显著

四川省山地风电场主要分布在川西南和川西北地区。川西南山地属于亚热带半湿润气候区，气候条件受海拔高度和地形影响，垂直差异明显，小气候复杂多样，出现亚热带、温带和寒温带气候交混的情况。全年有7个月为旱季，年降水量900～1 200 mm，其中90%降水集中在5～10月；大风速出现在11月到第二年5月(干季)，6～10月风速偏低(雨季)。川西北属于高山高原高寒气候区，该区海拔高差大，气候立体变化明显，从河谷到山脊依次出现亚热带、暖温带、中温带、寒温带、亚寒带、寒带和永冻带，而风电场一般分布于山脊处，早晚温差大，该区域的风资源丰富区总体是以亚寒带、寒带和永冻带气候为主。

2 测风塔选址关键技术要点

2.1 山地风电场测风塔选址需要把握的原则

(1)拟选测风塔位置的风况应基本代表拟选风电场场址的风况。

(2)拟选测风塔位置附近应无高大建筑物、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上。

(3)拟选测风塔位置应选择在拟选风电场主风向的上风向位置。

(4)测风塔的数量依拟选风电场地形复杂程度而定。对于简单地形，可设置一座测风塔；对于复杂地形，应考虑设置两座及以上测风塔。

2.2 测风塔选址应具备代表性

测风塔在风电场内应具有代表性，尽可能选择在今后布机较多的区域内。山地风电场的山脊起伏较大，对于不超过10 km的单一山体，测风塔宜布置在山脊中间区域，选在位于整条山脊平均海拔高度偏上的位置，超过10 km的连续山脊，在起伏较大的位置加密测风塔。对于连片的山体和多道山脊组成的风电场，测风塔首先考虑布置在海拔较高的主山体，然后在迎风面和可能存在前端扰动区域的中等高度山体分别布置测风塔，还要在可能布置风电机组的海拔较低处布置测风塔，使测风塔的测风数据能反映出整个区域的平均风能资源情况。

2.3 测风塔选址应符合风况特征

四川南部山区的山脊风一般以西南风为主风向，四川北部山区的山脊风一般以北风为主风向。风向的季节性差异，导致山脊的季节性遮挡明显，因此测风塔的布置要考虑季风性的迎、背坡差异，测风塔一般设置在具备利用价值的迎风坡。此外，有的山地风电场植被茂密，测风塔所选点位还需考虑四周无遮挡，布置于海拔较高的山头上。

2.4 测风塔选址应具备可操作性

四川省山地风电场风能资源较好的地方，往往是人烟稀少、无通讯信号、施工困难的偏远山区。在满足代表性的基础上，测风塔选址还需满足测风塔的施工条件要求，尽量选在靠近道路、搬运方便、有足够拉线范围的位置，便于测风塔安装和后期维护。对于无通讯信号的地方，要尽量保证人员容易到达，实现定期人工收集测风数据，对于无通讯信号且人工收集测风塔数据成本较高的地区，建议在测风塔配置中考虑卫星传输设备。此外，四川省山地风电场多分布于民族地区，测风塔选址还需满足当地政府的相关要求，尊重当地的民风民俗。

3 测风塔建设关键技术要点

根据四川省山地风电场的特点，在选定测风塔位置后，建议在测风塔建设时应重点考虑测风塔配置、测风塔施工时段和后期运行维护等问题。

3.1 测风塔配置

由前述章节可知，四川省山地风电场海拔普遍较高，高海拔山地风电场的风电机组的轮毂高度一般不高于90 m，因此一般采用80 m或者90 m高度测风塔便可满足要求。对于交通条件和施工条件特别差的风电场，可考虑建设50 m高测风塔。一般可以在测风塔的10 m、50 m、70 m、80 m、90 m处设置风速仪，在10 m和最高点设置风向仪，在7～10 m高度设置气温、气压、湿度传感器各1个。在同一个风电场的几个测风塔中，可只在其中一个测风塔上设气温、气压、湿度传感器。

四川省山地风电场气候条件恶劣，冬季积雪较多、凝冻现象较严重。测风塔应采用加强型塔架，对于冬季凝冻现象较严重的区域的测风塔应增加自动加热部件。为保证测风塔安全，可采用冬季升降塔的方式或采用激光、声雷达测风。同时，考虑山区雷暴天气的影响，测风塔应有避雷装置。

3.2 测风塔施工时段

测风塔施工一般工序为：混泥土基础施工、测风塔运输至现场、测风塔安装、测风设备安装。四川省山地风电场气候差异显著，测风塔施工的各项工序均需考虑高原山区多变的气候条件，应做好测风塔施工前的准备，充分调查适合测风塔施工的时段，避免高原山区容易出现的降雪、暴雨等恶劣天气。比如，四川省境内很多风电场无法用车辆将测风塔设备及施工材料等运输至安装现场，需要通过人力或畜力搬运，且运输道路多为崎岖的山路，这就要求测风塔运输和施工选择较好的天气。从四川省山地风电场气候条件分析，4～6月为测风塔安装的最佳时期，从10月至翌年3月在海拔较高的山区会出现降雪天气，该时段山脊有积雪且风速较大，不宜进行测风塔施工；而7～9月容易出现暴雨天气，应密切关注天气情况，充分利用有效时间，确保施工作业安全。

3.3 后期运行维护

测风塔安装完成后，应形成安装报告，测风塔验收时，保证测风塔能自动发送3～5 d的正常数据，建议测风塔安装完成后的第一年内应至少每周下载一次数据并检查，数据出现问题应及时联系厂家进行检查和修复。山地风电场地处偏远，测风塔应有安全防护设施并设置安全标志，同时在有人类活动的地方应委托当地人进行看护。

4 结 语

测风数据是风电场设计和建设的基础数据，测风塔的选址和建设是保证测风数据准确性和可靠性的前提。四川省风电场以山地风电场为主，具有场址平均海拔高、地形起伏大、气候差异显著等特点，测风塔选址及建设在风电场建设的前期阶段尤为关键。本文根据四川省山地风电场的特点，在测风塔配置、施工时段选择和后期运维等方面提出了关键技术要点，供同行们参考和借鉴。