风能是一种洁净的可再生能源。面对日益严峻的能源环境问题,安全、清洁、优质的绿色能源越来越受到各国的广泛关注,风能发展离不开先进的技术手段,尤其是GIS技术。该文分别阐述GIS在风电场选址、风电数据库建立和风功率预测技术上的应用。
1 GIS在风电场选址上的应用
1.1宏观选址
风电场宏观选址是在仔细研究国家和地区风电发展规划的基础上,详细调查地区风能资源分布及开发情况,广泛收集地区风电场运行数据,在若干场址中,选择一个风能资源丰富,而且最有利用价值区域的过程。综合以往对风电场选址方案进行的分析以及实际应用情况,考虑所有因素的影响,对风电场选址方案做出定量、全面、综合的评价。利用GIS技术手段,将收集的资料矢量化,与风电场的风速分布图、风功率分布、地形图、遥感航片等资料进行叠加,采用相应的处理方法选出地势较平坦、建设条件较好的位置优先开发,风资源较好、地形较差地区后续开发。
1.2测风塔选址
测风塔位置选取原则,测量位置周边应无高大建筑物、树木等障碍物,对于地形较平坦的风电场可选择一处安装测量设备,对于地形较为复杂的风场,应选择二处及以上安装测风设备[1]。测风塔选址一般包含两个阶段,一是资源的初步观测,判断一个风电场的资源情况;二是一个复杂风电场的加密测风。
(1)风电场资源的初步观测,一般在风电场宏观选址之后,选定合适位置树立1座测风塔,并进行至少一年的实地测风。在风电场规划阶段,测风塔位置的选择至关重要,直接影响前期风电场产能计算的准确性,从而影响到一个项目的决策,因此,合理选择测风塔位置非常重要。测风塔选址一般参考全国风能资源分布及各种中尺度数据并结合当地地形情况,下面介绍地形对选址的影响:利用软件拟合风电场地形分布(见图1),再结合当地风向(西北风),选择合适位置树立测风设备,美迪WT软件缺乏投影和叠加功能,GIS软件有投影和叠加功能,同时模拟的地形分布图像显示效果更清晰。采用测风塔的经验定位法选定在F列建立一座测风塔,编号2441#,海拔1842m。
图1风电场地形分布(左图WT软件拟合,右图GIS软件拟合)
(2)如果场区较大或者地形复杂的风电场,场内有测风塔,但代表性不足,需要进行加密测风。利用现有测风数据,模拟分析场区资源,选择合适的加密测风位置。2441#位置是场区最高点,无遮挡,但位于风电场边缘,风电场又是山地风电场,故应该加密测风,利用测风塔的数字定位法,它耦合了数值天气模式和GIS技术,利用已有测风塔模拟风电场风功率分布(见图2),并参考GIS模拟场区走势,拟在风电场西侧和东侧山梁各补立一座测风塔,海拔高度分别为1635m和1659m,进一步摸清此区域的风能资源,为后期的微观选址提供可靠依据。
图2加密测风塔分布图(黑点处)
1.3微观选址
风电场微观选址,是在宏观选址选定的小区域中确定如何布置风力发电机组,使整个风电场具有较好的经济效益的过程。
1.3.1风电场地形图测量
风电场初步设计需要在风电场实测1∶2000地形图基础上,同时对升压站、吊装平台及道路带状图工程进行测量,精度比例为1∶500。利用GPS RTK测量技术,对项目区进行全野外数字测量,利用南方CASS软件和GIS软件进行内业处理,最终形成地形图。地形图包括等高线、居民区、民用线路、管线、信号塔、河流、道路等要素。为更好地管理与分析这些标志数据,一般要进行统一的投影设置、格式转换、重采样等操作。
1.3.2风力发电机组定位
在进行野外定位前,需要收集所有纸质和电子的地图,利用GIS软件进行校正,处理地形要素和等高线等,矢量化地物,制作地表粗糙度,根据当地风向布置风力发电机组,风机距离村庄一般不小于500m(或600m),风机距离线路道路一般大于200m。距离矿区一般要满足爆破安全距离,大于300m等,安全距离均应满足当地规定,再利用GIS软件建立敏感要素的缓冲区,指导风电机组避让。现场微观选址时,根据风电场附近至少3个国家大地控制点及点之记文件,利用基站和RTK仪器采集控制点信息后,将投影高程信息引到风电场内,使风电场内点位的采集准确。
1.3.3 GIS在风电场支持性文件上的应用
在办理项目核准之前,需要得到有关环保、地矿、军事、文物等方面的批复,准确确定风电场和风机的位置尤为重要,但是由于省级和地方国土局,林业局,环保厅各部门之间用的软件和地理投影不同,需要利用GIS软件进行相应转换,才能精确相对位置,如果风电场和风机未占用敏感地带,各部门会为该风电项目出具相应的支持性文件,以便项目顺利开展。
2 GIS在建立风电产业数据库的应用
风能资源空间数据库主要包括风能资源基础数据和下垫面背景数据。空间化处理风能资源专业观测网测风塔获取数据、参证气象站数据、数值模拟产品、详查区数据、风电场数据等风能资源基础数据,生成图形产品,输入风能资源空间数据库。将基础地理信息数据、遥感影像数据、交通信息数据、电网信息数据、气象灾害区划数据等下垫面背景数据,经过数据格式转换、地理坐标系统转换、地理定标、数据质量检查之后,输入风能资源空间数据库。风能空间数据的建立便于进行数据检索查询[2]。避免出现两家以上能源开发公司选择风电场出现重合的情况,故建立风电产业数据库有十分重要的意义。
3 GIS在风功率预测技术上的应用
为了能保障电网稳定和安全运行,同时接纳有规模的风电,建立一套风电功率预测系统是很有必要的,随着风电装机规模的不断扩大,电网和风电场企业均会更加重视风能预报系统,基于GIS的风能预报技术作为风能预报系统的核心部分,随着资料的充实和完善,必将形成对国内典型风电场资源具有记忆功能并自适应的一门专有应用型技术[3]。基于GIS技术,利用时间序列法和神经网络法,制作风能预报技术方案,能够适应各种地形,使预报时间更短、精度更高。
4 结语
GIS在风电行业中不仅运用地图学、遥感,全球定位、测量等理论知识,同时也利用了GIS的软件工具,GIS技术被应用在风电场选址、产业数据库的建立和风功率预测方面,具有显著技术优势。因此GIS技术是风电行业发展中必不可少的技术之一。
作者简介：
刘敏(1984—)，女，汉，吉林公主岭人，硕士，工程师，供职于北京乾华科技发展有限公司，主要从事风资源评价工作。
参考文献
[1]GB/T 18709-2002,风电场风能资源测量方法[S].
[2]李茂勋.基于GIS的中国风电产业数据库建设与应用研究[J].测绘通报,2009(1):60-63.
[3]胡立伟.基于GIS的风能预报技术[J].学术研究,2007(6):3741.
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