風能是一種潔凈的可再生能源。面對日益嚴峻的能源環(huán)境問題,安全、清潔、優(yōu)質(zhì)的綠色能源越來越受到各國的廣泛關(guān)注,風能發(fā)展離不開先進的技術(shù)手段,尤其是GIS技術(shù)。該文分別闡述GIS在風電場選址、風電數(shù)據(jù)庫建立和風功率預測技術(shù)上的應用。

1 GIS在風電場選址上的應用

1.1宏觀選址

風電場宏觀選址是在仔細研究國家和地區(qū)風電發(fā)展規(guī)劃的基礎上,詳細調(diào)查地區(qū)風能資源分布及開發(fā)情況,廣泛收集地區(qū)風電場運行數(shù)據(jù),在若干場址中,選擇一個風能資源豐富,而且最有利用價值區(qū)域的過程。綜合以往對風電場選址方案進行的分析以及實際應用情況,考慮所有因素的影響,對風電場選址方案做出定量、全面、綜合的評價。利用GIS技術(shù)手段,將收集的資料矢量化,與風電場的風速分布圖、風功率分布、地形圖、遙感航片等資料進行疊加,采用相應的處理方法選出地勢較平坦、建設條件較好的位置優(yōu)先開發(fā),風資源較好、地形較差地區(qū)后續(xù)開發(fā)。

1.2測風塔選址

測風塔位置選取原則,測量位置周邊應無高大建筑物、樹木等障礙物,對于地形較平坦的風電場可選擇一處安裝測量設備,對于地形較為復雜的風場,應選擇二處及以上安裝測風設備[1]。測風塔選址一般包含兩個階段,一是資源的初步觀測,判斷一個風電場的資源情況;二是一個復雜風電場的加密測風。

(1)風電場資源的初步觀測,一般在風電場宏觀選址之后,選定合適位置樹立1座測風塔,并進行至少一年的實地測風。在風電場規(guī)劃階段,測風塔位置的選擇至關(guān)重要,直接影響前期風電場產(chǎn)能計算的準確性,從而影響到一個項目的決策,因此,合理選擇測風塔位置非常重要。測風塔選址一般參考全國風能資源分布及各種中尺度數(shù)據(jù)并結(jié)合當?shù)氐匦吻闆r,下面介紹地形對選址的影響:利用軟件擬合風電場地形分布(見圖1),再結(jié)合當?shù)仫L向(西北風),選擇合適位置樹立測風設備,美迪WT軟件缺乏投影和疊加功能,GIS軟件有投影和疊加功能,同時模擬的地形分布圖像顯示效果更清晰。采用測風塔的經(jīng)驗定位法選定在F列建立一座測風塔,編號2441#,海拔1842m。

 

圖1風電場地形分布(左圖WT軟件擬合,右圖GIS軟件擬合)

(2)如果場區(qū)較大或者地形復雜的風電場,場內(nèi)有測風塔,但代表性不足,需要進行加密測風。利用現(xiàn)有測風數(shù)據(jù),模擬分析場區(qū)資源,選擇合適的加密測風位置。2441#位置是場區(qū)最高點,無遮擋,但位于風電場邊緣,風電場又是山地風電場,故應該加密測風,利用測風塔的數(shù)字定位法,它耦合了數(shù)值天氣模式和GIS技術(shù),利用已有測風塔模擬風電場風功率分布(見圖2),并參考GIS模擬場區(qū)走勢,擬在風電場西側(cè)和東側(cè)山梁各補立一座測風塔,海拔高度分別為1635m和1659m,進一步摸清此區(qū)域的風能資源,為后期的微觀選址提供可靠依據(jù)。

圖2加密測風塔分布圖(黑點處)

1.3微觀選址

風電場微觀選址,是在宏觀選址選定的小區(qū)域中確定如何布置風力發(fā)電機組,使整個風電場具有較好的經(jīng)濟效益的過程。

1.3.1風電場地形圖測量

風電場初步設計需要在風電場實測1∶2000地形圖基礎上,同時對升壓站、吊裝平臺及道路帶狀圖工程進行測量,精度比例為1∶500。利用GPS RTK測量技術(shù),對項目區(qū)進行全野外數(shù)字測量,利用南方CASS軟件和GIS軟件進行內(nèi)業(yè)處理,最終形成地形圖。地形圖包括等高線、居民區(qū)、民用線路、管線、信號塔、河流、道路等要素。為更好地管理與分析這些標志數(shù)據(jù),一般要進行統(tǒng)一的投影設置、格式轉(zhuǎn)換、重采樣等操作。

1.3.2風力發(fā)電機組定位

在進行野外定位前,需要收集所有紙質(zhì)和電子的地圖,利用GIS軟件進行校正,處理地形要素和等高線等,矢量化地物,制作地表粗糙度,根據(jù)當?shù)仫L向布置風力發(fā)電機組,風機距離村莊一般不小于500m(或600m),風機距離線路道路一般大于200m。距離礦區(qū)一般要滿足爆破安全距離,大于300m等,安全距離均應滿足當?shù)匾?guī)定,再利用GIS軟件建立敏感要素的緩沖區(qū),指導風電機組避讓。現(xiàn)場微觀選址時,根據(jù)風電場附近至少3個國家大地控制點及點之記文件,利用基站和RTK儀器采集控制點信息后,將投影高程信息引到風電場內(nèi),使風電場內(nèi)點位的采集準確。

1.3.3 GIS在風電場支持性文件上的應用

在辦理項目核準之前,需要得到有關(guān)環(huán)保、地礦、軍事、文物等方面的批復,準確確定風電場和風機的位置尤為重要,但是由于省級和地方國土局,林業(yè)局,環(huán)保廳各部門之間用的軟件和地理投影不同,需要利用GIS軟件進行相應轉(zhuǎn)換,才能精確相對位置,如果風電場和風機未占用敏感地帶,各部門會為該風電項目出具相應的支持性文件,以便項目順利開展。

2 GIS在建立風電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫的應用

風能資源空間數(shù)據(jù)庫主要包括風能資源基礎數(shù)據(jù)和下墊面背景數(shù)據(jù)。空間化處理風能資源專業(yè)觀測網(wǎng)測風塔獲取數(shù)據(jù)、參證氣象站數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬產(chǎn)品、詳查區(qū)數(shù)據(jù)、風電場數(shù)據(jù)等風能資源基礎數(shù)據(jù),生成圖形產(chǎn)品,輸入風能資源空間數(shù)據(jù)庫。將基礎地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、交通信息數(shù)據(jù)、電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、氣象災害區(qū)劃數(shù)據(jù)等下墊面背景數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、地理坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、地理定標、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查之后,輸入風能資源空間數(shù)據(jù)庫。風能空間數(shù)據(jù)的建立便于進行數(shù)據(jù)檢索查詢[2]。避免出現(xiàn)兩家以上能源開發(fā)公司選擇風電場出現(xiàn)重合的情況,故建立風電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫有十分重要的意義。

3 GIS在風功率預測技術(shù)上的應用

為了能保障電網(wǎng)穩(wěn)定和安全運行,同時接納有規(guī)模的風電,建立一套風電功率預測系統(tǒng)是很有必要的,隨著風電裝機規(guī)模的不斷擴大,電網(wǎng)和風電場企業(yè)均會更加重視風能預報系統(tǒng),基于GIS的風能預報技術(shù)作為風能預報系統(tǒng)的核心部分,隨著資料的充實和完善,必將形成對國內(nèi)典型風電場資源具有記憶功能并自適應的一門專有應用型技術(shù)[3]。基于GIS技術(shù),利用時間序列法和神經(jīng)網(wǎng)絡法,制作風能預報技術(shù)方案,能夠適應各種地形,使預報時間更短、精度更高。

4 結(jié)語

GIS在風電行業(yè)中不僅運用地圖學、遙感,全球定位、測量等理論知識,同時也利用了GIS的軟件工具,GIS技術(shù)被應用在風電場選址、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立和風功率預測方面,具有顯著技術(shù)優(yōu)勢。因此GIS技術(shù)是風電行業(yè)發(fā)展中必不可少的技術(shù)之一。

作者簡介：

劉敏(1984—)，女，漢，吉林公主嶺人，碩士，工程師，供職于北京乾華科技發(fā)展有限公司，主要從事風資源評價工作。

參考文獻

[1]GB/T 18709-2002,風電場風能資源測量方法[S].

[2]李茂勛.基于GIS的中國風電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫建設與應用研究[J].測繪通報,2009(1):60-63.

[3]胡立偉.基于GIS的風能預報技術(shù)[J].學術(shù)研究,2007(6):3741.