布局風電場的多種方式「最後一種方式大多數人都沒想到」

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風電場常常由十餘台，甚至數百颱風電機組組成。

見過風電場的讀者，可能覺得風電場的布局就如一個棋盤，風電機組就如棋子一般整齊地、等間距的布局在棋盤上，如下圖所示。

實際上，受風況、地形、尾流、運輸等條件限制，風電場布局往往不是等間距布局。

1 風況

風速玫瑰圖是刻畫各風向中風速分布狀況的簡潔圖例，如下圖所示。

從圖中，可直觀的了解到各風向上風速的分布頻率及其大小，下圖中的盛行風向為北風向和南風向。因此，宜盡量迎向盛行風向布局風電機組。

2 尾流效應

由能量守恆定律可知，當上游風電機組將部分風能轉換為電能時，其下游風電機組處的風能將減小，這表現為下游風速降低。該過程稱之為尾流效應。

下圖所示為丹麥Horns Rev海上風電場的尾流干擾圖，可以清晰看到上游風電機組對下游風電機組的尾流影響。

據統計，尾流效應不僅會造成約5 %至15 %的風能損失，而且也將導致尾流區域內的風電機組的結構疲勞、壽命降低。

所以，在布局風電場時，應在充分了解當地風況特徵的前提下，考慮各颱風電機組間的尾流效應交互影響，保持合理的間距。

3 用地

建設風電場的區域往往不是理想的平地，有可能是崎嶇的山地、布滿礁石的海域和離岸的小島。這要求布局風電場時，充分考慮地形的影響，合理避開不適合豎立風電機組的地形。

下面以日本Hirokawa風電場的建設過程說明地形對風電場布局的影響。

Hirokawa風電場選址在日本歌山縣的Shirama山區。理論上，宜將風電場安裝在山脊處，此處地基穩固，排水通暢，風力充足。下圖分別為建成後的Hirokawa風電場及山脊俯瞰圖。

Hirokawa風電場於12年12月開工，平均每颱風電機組輪轂高度80 m，葉片半徑40 m，重達上百噸。

為了將體積笨重，尺寸巨大的風電機組運輸上山脊，項目組首先開始了大規模道路與地基工程，供挖掘並搬運約270,000立方渣土。在這過程中，山地道路狹窄與茂密的森林，大大增加了施工難度。

當土建工程完成後，下一步是鋪設風電場集電電纜。從風電機組至升壓站的電纜鋪設長度約10 km，電纜通道需經過多處居民住宅。幸運地是，經過協商，居民均支持電纜鋪設。下圖分別為風電機組變壓器、電纜溝和升壓變電站。

所有風電機組由船舶自港口運入，再由特製載具運輸約20 km。但經過某些路段時，需加寬路面並豎立特殊交通標識。

運輸風電機組共耗時約4個月。

在經過市區道路時，需安排在夜間運輸。

在經過茂密深林時，需用到大型起吊裝置。

下圖為運輸過程的圖片。

總結

布局風電場是一個龐大且複雜的工程，涉及風況、尾流、用地和運輸等多方面因素，是一個有趣和有意義的工程問題。

時刻激勵廣大工程師們採用創新且實用的手段解決建設過程中的難題，積累建設經驗。

此外，也有眾多學者從優化理論出發，研究風電場布局優化問題「wind farm layou optimization, WFLO」。例如，研究更貼切的風況模型、更強大的優化演算法、更複雜的尾流交互影響模型等等。

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以上搜索結果間接反映了，風電場布局優化問題的研究還不夠充分。特別地，國內學者對該問題研究較少，而國外學者對該問題的研究還處於發展階段。

風電場布局優化是一個同時具有工程實用和理論研究價值的有趣問題！

本文內容來自「電觀」

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