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摘 要：由于局部地形地貌的差异性，在山区风电场建设中，测风需要考虑的因素增加很多，盲目采用原有的对海面、平原、高原风电场测风设备和方法是不够的，需要因地制宜的进行重新优化设计。
关键词：山地 风电场 测风
中图分类号：TK81 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-019-03
1 引言
随着以石油和天然气等一次化石燃料的日益耗尽，能源问题是世界各国的战略问题，我国也在大力发展清洁高效无污染的风力发电。在风力发电机组微观选址中，风能资源状况是个首要因素，它决定风力发电机组每年的发电量。风能资源状况除了受全球大范围的气候影响外，局部地形条件等因素对于风能资源的影响不容忽视。局部地形地貌条件在一定程度上也影响了发电机组的效率、基建成本和检修维护成本。本文针对山地地形地貌条件，探讨了目前测风技术的一些误区，对于山地风电场测风进行优化设计，可以增强风力发电机组微观选址科学性。
2 九宫山地形及风能资源特点
湖北省山地面积占全省面积一半多，山地丘陵较多。其中通山县九宫山最高峰海拔1656.7米，所属的幕阜山脉为东西走向，位于华北平原和鄱阳湖平原之间的季风通道上，在离地面40米高度的地方测风，九宫山年平均风速6.4米/秒，风能资源比较丰厚，根据近年来的测定，风能资源在八月、九月最为丰富。
3 测风技术必须因地制宜
沿海、西部、北部、西北和东北风场，由于这些地方风电场的地形开阔平坦，来风风向受地形阻碍的影响较小，风的来向没有受到或者较小受到地形切割作用，小范围的气候环境对风电机组影响不大，不容易形成混乱的风向，因此风的来向稳定，而且稳定性高，测风的时候只需要计量风资源的状况和主导风向。
然而在山地风场建设中，测风需要考虑的因素就增加了很多，例如：近地层上层与下层风速的日变化和风向出现差异、风速切变系数较小且不是常数、某些高度间风速出现负切变现象等。现在的风电场测风大多仍然采用着平原和海上风场测风的技术形式，没有进行细化分析，盲目采用原有的对平原高原风电场测风设备和方法是远远不够的，需要因地制宜的进行重新设计。地形条件的差异导致各种地形条件有着不同的风力状况，测风也必须重视微观选址中对风力资源起影响作用的各个因素，不能一成不变的套用传统经验和技术。中国内陆风电开发起步就是最近几年，技术革新脚步并不快，风电场建设和风力测量数据在形式和要求上没有因地制宜进行技术方面的结合。
4 九宫山风电设备运行个例分析
通过九宫山风电场这些年生产运行和故障检修的情况看来，发现了存在的不足和缺陷，分析得知局部地形地貌原因是造成风力发电机组故障的主要原因。九宫山风电公司在运行维护中，其中风力发电机组部件损坏较大的是齿轮箱。根据风电设备公司的设计运行年限来看，齿轮箱损坏年限并没有到故障频发期，但是在九宫山风电场运行初期已发生多起。九宫山风电场总共有机组16台，齿轮箱损坏后，全部更换下来，价值100万左右，损失巨大。究其原因，是因为局部地形地貌的差异造成风向的局部混乱，在风向混乱程度更大的地形上安装的机组发生此类故障更为频繁。分析得知，这种混乱的风向，造成风力发电机组产生不规则的运行，叶片左右晃动和上下窜动，从而造成齿轮箱中齿轮的啮合不严，风机稳定性差，产生齿与齿之间的磕碰现象—打齿，运行时间一长，产生过多的铁屑，出现卡齿现象，从而将齿轮箱箱体崩裂开来，造成齿轮箱的损坏。
由此说明在机组微观选址测风时如果不注意风向的影响，在风力资源统计中，套用平原地区的测风经验是行不通的，必须针对特定地形地貌条件，对风资源组成因素进行不同侧重点的测风。
5 风电场测风的数学建模和编程
5.1 技术方案及程序
假设一年中，在没有任何混乱风向的干扰，只有水平八个风力方向（东、南、西、北、东南、东北、西南、西北）来风，这些方向每个方向风力资源状况进行计时时间，这个数据代水平方向每个方向的可利用风力累加。同时加入现成特定因素造成的不可利用的时间，以九宫山风电场为例。
（1）一年中，水平八个风力方向，这些方向每个方向风力资源状况进行计时t1（大于3米/秒，小于21米/秒），总共8个方向，将水平方向每个方向的风力统计数据累加就可以了。括号后面条件争对G58风机切入风速和最大风速来设定的。
（2）一年中，水平方向，两个不同方向来风同时控制的时间数据的统一累加为t2（两个风向夹角大于或者等于90度，并且风速大于3米/秒，小于21米/秒）。
（3）一年中，水平向某个方向来风方向与垂直方向上升气流同时来风同时控制时间数据的统一累加为t3（两个风向夹角大于或者等于90度，并且风速大于3米/秒，小于21米/秒）。
5.2 数据参数解释
t1：对于整年风速的状况统计，这个数据描述可利用风力的情况，这是风力发电机组选址的一个基础因素；对于高原和平原风场来说，t1=t，高原和平原地区地形开阔，风向可以只考虑水平方向，但是丘陵和山地由于地形落差，存在极其强烈的对流，如山谷风、爬坡风等，因此t1表示水平方向的主导来风。
t2：由于丘陵和高山风场的特殊性，地形对于风来向阻挡和切割作用，或者是褶皱山脉两边小区域的环流，形成同一个地区两种不同风向的控制；这两种相对来风，在现场运行维护中，风机不停的偏航解缆。
t3：内陆地区所处亚热带季风气候影响，冬季风和夏季风交替控制，和一些其他的水平风向；这些风向与山地丘陵地形特有的山谷风和爬坡风同时控制风机的运行。这两种风控制时，和t2产生现象相同，在现场运行维护中，风机不停的偏航解缆，偶尔报些振动传感器动作。
t4：每年都有一段时间，水平来风很少，温度高，形成一种空气流动的相对静态，但是由于昼夜温差大的原因，形成强对流，如山谷风、爬坡风等，这个时候白天风力发电机组出力很少，傍晚和夜间风机发电效果很好，形成特有的地理环境的风况，这个风况对于风场风机运行起来，不会出现偏航等故障，但是长时间运行，风机会不停上下窜动，造成磕碰和磨损严重，从而损坏轴承、齿轮箱等传动部分的发电机部件。
在九宫山风电公司的实际应用中，采用这个基本的数学建模方案，因地制宜地进行风力资源测量，通过计算机编程处理测量的数据，得出一个风机微观选址风况的数据基准值，以其为基础合理进行风场微观选址，在该公司后来的运行中较好地避免了先前的齿轮箱故障频发事件，同时一定程度上提高了发电的经济效益。
6 结束语
九宫山风场做为中国内陆第一风电场，真正建设开始于2007年，所以中国内陆风电发展起步相对来说比较晚。
内陆地区风电发展起步较晚，九宫山风电场建成，标志中国内陆第一个风电场的建成，为中国内陆风场起了标杆性的作用，由于九宫山风电场的带动性作用，掀起了中国内陆建风电场的热潮。风力发电机组对于不同地理形态有着不同的要求，虽然刚刚起步的内陆风场发展走些弯路很正常，但是长时间不予以纠正是对资源和设备的极大浪费，也证明内陆风场在技术上必须进行有效的自我探索。作为一名从事风电的工作人员，不仅要了解风电机组运行工作和风场的建设，还应该对各项工作不断进行总结，总结其中不足，这对于风电公司后期的工作起指导作用，也为其它的内陆风场建设提供借鉴意义，弥补内陆风电场建设中的盲区，提高风力发电机组在高山风场中的发电效率，减少其因建设选址造成风力发电机组的损坏，降低运营成本，促进风电事业进一步的发展。
参考文献：
[1] 金建范.关于湖北省风力发电开发的探讨[J].湖北电力，2000，24（2）：44-45.
[2] 黎发贵，巫卿.浅谈风电场测风[J].水力发电，2008，34（7）：82-85.
[3] 杨宏青，刘敏，冯光柳，等.湖北省风能资源评估[J].华中农业大学学报，2006，25（6）：683-686.
[4] 洪祖兰，张云杰.山区风资源特点和对风电机组、风电场设计的建议[J].云南水力发电，2008，24（3）：9-13.
关键词：山地 风电场 测风
中图分类号：TK81 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-019-03
1 引言
随着以石油和天然气等一次化石燃料的日益耗尽，能源问题是世界各国的战略问题，我国也在大力发展清洁高效无污染的风力发电。在风力发电机组微观选址中，风能资源状况是个首要因素，它决定风力发电机组每年的发电量。风能资源状况除了受全球大范围的气候影响外，局部地形条件等因素对于风能资源的影响不容忽视。局部地形地貌条件在一定程度上也影响了发电机组的效率、基建成本和检修维护成本。本文针对山地地形地貌条件，探讨了目前测风技术的一些误区，对于山地风电场测风进行优化设计，可以增强风力发电机组微观选址科学性。
2 九宫山地形及风能资源特点
湖北省山地面积占全省面积一半多，山地丘陵较多。其中通山县九宫山最高峰海拔1656.7米，所属的幕阜山脉为东西走向，位于华北平原和鄱阳湖平原之间的季风通道上，在离地面40米高度的地方测风，九宫山年平均风速6.4米/秒，风能资源比较丰厚，根据近年来的测定，风能资源在八月、九月最为丰富。
3 测风技术必须因地制宜
沿海、西部、北部、西北和东北风场，由于这些地方风电场的地形开阔平坦，来风风向受地形阻碍的影响较小，风的来向没有受到或者较小受到地形切割作用，小范围的气候环境对风电机组影响不大，不容易形成混乱的风向，因此风的来向稳定，而且稳定性高，测风的时候只需要计量风资源的状况和主导风向。
然而在山地风场建设中，测风需要考虑的因素就增加了很多，例如：近地层上层与下层风速的日变化和风向出现差异、风速切变系数较小且不是常数、某些高度间风速出现负切变现象等。现在的风电场测风大多仍然采用着平原和海上风场测风的技术形式，没有进行细化分析，盲目采用原有的对平原高原风电场测风设备和方法是远远不够的，需要因地制宜的进行重新设计。地形条件的差异导致各种地形条件有着不同的风力状况，测风也必须重视微观选址中对风力资源起影响作用的各个因素，不能一成不变的套用传统经验和技术。中国内陆风电开发起步就是最近几年，技术革新脚步并不快，风电场建设和风力测量数据在形式和要求上没有因地制宜进行技术方面的结合。
4 九宫山风电设备运行个例分析
通过九宫山风电场这些年生产运行和故障检修的情况看来，发现了存在的不足和缺陷，分析得知局部地形地貌原因是造成风力发电机组故障的主要原因。九宫山风电公司在运行维护中，其中风力发电机组部件损坏较大的是齿轮箱。根据风电设备公司的设计运行年限来看，齿轮箱损坏年限并没有到故障频发期，但是在九宫山风电场运行初期已发生多起。九宫山风电场总共有机组16台，齿轮箱损坏后，全部更换下来，价值100万左右，损失巨大。究其原因，是因为局部地形地貌的差异造成风向的局部混乱，在风向混乱程度更大的地形上安装的机组发生此类故障更为频繁。分析得知，这种混乱的风向，造成风力发电机组产生不规则的运行，叶片左右晃动和上下窜动，从而造成齿轮箱中齿轮的啮合不严，风机稳定性差，产生齿与齿之间的磕碰现象—打齿，运行时间一长，产生过多的铁屑，出现卡齿现象，从而将齿轮箱箱体崩裂开来，造成齿轮箱的损坏。
由此说明在机组微观选址测风时如果不注意风向的影响，在风力资源统计中，套用平原地区的测风经验是行不通的，必须针对特定地形地貌条件，对风资源组成因素进行不同侧重点的测风。
5 风电场测风的数学建模和编程
5.1 技术方案及程序
假设一年中，在没有任何混乱风向的干扰，只有水平八个风力方向（东、南、西、北、东南、东北、西南、西北）来风，这些方向每个方向风力资源状况进行计时时间，这个数据代水平方向每个方向的可利用风力累加。同时加入现成特定因素造成的不可利用的时间，以九宫山风电场为例。
（1）一年中，水平八个风力方向，这些方向每个方向风力资源状况进行计时t1（大于3米/秒，小于21米/秒），总共8个方向，将水平方向每个方向的风力统计数据累加就可以了。括号后面条件争对G58风机切入风速和最大风速来设定的。
（2）一年中，水平方向，两个不同方向来风同时控制的时间数据的统一累加为t2（两个风向夹角大于或者等于90度，并且风速大于3米/秒，小于21米/秒）。
（3）一年中，水平向某个方向来风方向与垂直方向上升气流同时来风同时控制时间数据的统一累加为t3（两个风向夹角大于或者等于90度，并且风速大于3米/秒，小于21米/秒）。
5.2 数据参数解释
t1：对于整年风速的状况统计，这个数据描述可利用风力的情况，这是风力发电机组选址的一个基础因素；对于高原和平原风场来说，t1=t，高原和平原地区地形开阔，风向可以只考虑水平方向，但是丘陵和山地由于地形落差，存在极其强烈的对流，如山谷风、爬坡风等，因此t1表示水平方向的主导来风。
t2：由于丘陵和高山风场的特殊性，地形对于风来向阻挡和切割作用，或者是褶皱山脉两边小区域的环流，形成同一个地区两种不同风向的控制；这两种相对来风，在现场运行维护中，风机不停的偏航解缆。
t3：内陆地区所处亚热带季风气候影响，冬季风和夏季风交替控制，和一些其他的水平风向；这些风向与山地丘陵地形特有的山谷风和爬坡风同时控制风机的运行。这两种风控制时，和t2产生现象相同，在现场运行维护中，风机不停的偏航解缆，偶尔报些振动传感器动作。
t4：每年都有一段时间，水平来风很少，温度高，形成一种空气流动的相对静态，但是由于昼夜温差大的原因，形成强对流，如山谷风、爬坡风等，这个时候白天风力发电机组出力很少，傍晚和夜间风机发电效果很好，形成特有的地理环境的风况，这个风况对于风场风机运行起来，不会出现偏航等故障，但是长时间运行，风机会不停上下窜动，造成磕碰和磨损严重，从而损坏轴承、齿轮箱等传动部分的发电机部件。
在九宫山风电公司的实际应用中，采用这个基本的数学建模方案，因地制宜地进行风力资源测量，通过计算机编程处理测量的数据，得出一个风机微观选址风况的数据基准值，以其为基础合理进行风场微观选址，在该公司后来的运行中较好地避免了先前的齿轮箱故障频发事件，同时一定程度上提高了发电的经济效益。
6 结束语
九宫山风场做为中国内陆第一风电场，真正建设开始于2007年，所以中国内陆风电发展起步相对来说比较晚。
内陆地区风电发展起步较晚，九宫山风电场建成，标志中国内陆第一个风电场的建成，为中国内陆风场起了标杆性的作用，由于九宫山风电场的带动性作用，掀起了中国内陆建风电场的热潮。风力发电机组对于不同地理形态有着不同的要求，虽然刚刚起步的内陆风场发展走些弯路很正常，但是长时间不予以纠正是对资源和设备的极大浪费，也证明内陆风场在技术上必须进行有效的自我探索。作为一名从事风电的工作人员，不仅要了解风电机组运行工作和风场的建设，还应该对各项工作不断进行总结，总结其中不足，这对于风电公司后期的工作起指导作用，也为其它的内陆风场建设提供借鉴意义，弥补内陆风电场建设中的盲区，提高风力发电机组在高山风场中的发电效率，减少其因建设选址造成风力发电机组的损坏，降低运营成本，促进风电事业进一步的发展。
参考文献：
[1] 金建范.关于湖北省风力发电开发的探讨[J].湖北电力，2000，24（2）：44-45.
[2] 黎发贵，巫卿.浅谈风电场测风[J].水力发电，2008，34（7）：82-85.
[3] 杨宏青，刘敏，冯光柳，等.湖北省风能资源评估[J].华中农业大学学报，2006，25（6）：683-686.
[4] 洪祖兰，张云杰.山区风资源特点和对风电机组、风电场设计的建议[J].云南水力发电，2008，24（3）：9-13.