在風電場實際運行過程中,發現云南高海拔項目地區存在一種特殊的現象,即風速在短時間內突增或突減,根據風速變化特點,本報告簡稱該現象為“陣風”,下圖16為云南某風電場2月份運行機組記錄到的“陣風”出現時段分布圖,可見,在12:00-20:00時段出現比較集中,2月9日出現頻次最高;“陣風”出現有一定的周期性,并非每日都會出現,有一定的間歇期,應該與天氣系統周期性變化相關,后期可獲取更長序列數據進行研究分析。

選取“陣風”出現頻次較高的2月9日每7s間隔實測風速數據進行分析,見下圖17,紅色代表風速每7s間隔風速日變化曲線,藍色代表前后間隔風速距平變化曲線,可見,0:00-10:00之間風速相對小些,風速瞬時變化小,而10:00-18:00期間,風速較大,風速突變明顯;風速前后距平風速差主要在1m/s-3m/s之間,最大達8m/s,風速短時間內變化大。

風速、風向短時間內的突變,會導致風電機組偏航頻繁,風電場經常出現尖峰出力現象,出力波動大,這對機組正常運行及載荷帶來很大的不確定性,應予以重視并采取控制風險措施。而高原氣象很復雜,動力、熱力及特殊地形的多重作用,形成高、低空急流、西南渦等特殊的天氣系統,要探究“陣風”現象的成因則需要更深入、更全面、專業的研究,后期將對該區域通過測風監控、長序列運行數據收集、天氣系統監測等一系列手段深入研究,為機組研發設計及風電場安全運行提供更好的解決措施和方法。
(三)高原型氣候
高海拔特殊氣候環境下,風電機組面對低氣壓、高輻射、多雷暴等惡劣的自然環境條件,材料易老化、電氣設備的絕緣和散熱、防雷問題等對機組的安全運行帶來很大的風險和不確定性。除了根據高海拔氣候環境著重器件的選用,控制系統對機組設備工作環境的監控與設備故障預診斷非常重要,同時設備長期運行的可靠性和維護量尤為重要。
結語
本報告針對云貴高原和青海等風電高速發展的高海拔地區,分析了該地區風速、風向、湍流、切變等風特性,總結了不同地形、地貌及氣候背景下高海拔地區風特性的差異性和關聯性,同時通過已運行風電場的運行經驗,指出高海拔地區風電場建設和運行的主要風險點,結論如下:
(1)云貴高原地區,海拔差異大,70m高年平均風速約在6m/s-10m/s之間,風速差異大;青海地區,地形為平坦的荒漠、戈壁灘,風能資源分布較平均,差異不大,70m高年平均風速一般在5m/s-7m/s之間,屬于低風速區。
(2)云貴高原地區山地地形、地貌復雜,地表植被多樣化,風速隨高度變化存在一定的規律性但又存在特殊性,陡峭、平滑的高山草甸地形,風切變較小一般小于0.05,高層易出現負切變,而植被豐富的山地地形,切變大,故分析評估時需全面考慮各種因素,現場考察尤為重要;青海地區熱力穩定度多不穩定、地表粗糙度小,地形變化不大,故整個區域風速隨高度變化不大,切變小,一般小于0.12。
(3)云貴高原地區湍流基本呈現兩種特征,連綿平緩的高山草甸地形下,湍流較小,一般小于0.12;重疊連巒、陡峭、植被豐富的高山地形下,強風速段湍流呈現“上翹”的特征,15m/s湍流強度特征值較大在0.16-0.18之間,特殊條件下,湍流甚至超過A類標準。青海地區,地形平坦,地表粗糙度小,湍流小,一般小于0.1。
(4)云貴高原及青海地區,受大氣候背景及青藏高原影響,風向高度集中,有利于風能資源的充分利用。
(5)高海拔地區特殊的氣候條件,對風電機組的正常運行帶來很大的不確定性,增加了風電開發和運行風險。