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在風電從業(yè)者的眼中，高塔架似乎與復雜地形處在兩個平行空間里。一般在復雜地形尤其是山地地形中，受地形特點影響，在山頂及山脊線上通常會出現明顯的風加速效應。在加速效應的影響下，山地的大氣邊界層可以分為兩層：一個“較薄”的內層，其內部的摩擦力超過慣性力，該層的典型深度為山地或山脈的半高寬度的1%～2%。內層之上為外層，其內部主要由慣性力支配。風加速系數通常在內層和外層的邊界處達到大值。當高度超越邊界層后，風加速系數開始減弱，這也是山地地形中一般呈現小切變（垂直風速梯度�。┑脑�因。然而，是否所有復雜地形都會呈現出小切變的特點呢？

圖1 典型山脊風況示意圖（引自《風能氣象學》）

以陜北子長縣某項目為例，該項目整體地形為黃土梁峁區(qū)，場區(qū)高程1200m—1600m，溝壑縱橫。結合項目實際數據可以看出，兩座測風塔實測50m~90m高度擬合切變在0.191-0.230之間。這是由于該區(qū)域溝壑密度大，地形對風速加速不充分，風加速效應對大氣邊界層的影響相對較小導致測風塔整體切變較大。在這種切變下，提升輪轂高度可以有效增加發(fā)電小時數，提高項目收益。然而，兩座測風塔在80m~90m高度對應的風速梯度出現了明顯減小的趨勢，擬合切變只有0.1左右，如果采用該切變計算，提升輪轂高度將變得毫無意義。通常情況下，風資源工程師在做風速垂直外推時會選擇擬合切變較小的結果來計算，而同時期國內也沒有復雜地形使用高塔架機組的先例。是否堅持專業(yè)的判斷，敢于打破常規(guī)，變成了擺在面前的難題。

通過對比測風塔各高度風速變化，發(fā)現夜間各高度風速差異較大，白天各高度風速差異較小，這是由于白天對流邊界層存在強烈的垂直混合，到了夜晚，地表冷卻會導致邊界層出現強分層的特點，使得該高度區(qū)間的風解耦。80m高度以下的風，感受到的高層驅動風將會減弱， 90m高度以上的風將會由于缺少來自下方地表的摩擦阻力而加速。而80m~90m正處于對流邊界層內，從理論的角度上看，僅使用80m~90m的高度擬合切變，對測風塔位置處整體切變的代表性相對較差。

圖 2 測風塔各高度風速對比

理論上的障礙掃清后，采用短期激光雷達測風方案對該區(qū)域高空風速變化趨勢進行定性分析，同時結合金風科技大數據平臺，查找到該項目周邊10km處存在的140m高塔同期完整年實測數據。結合雷達數據和高塔實測完整年數據分析，該區(qū)域90m及以上高度切變依然較大，這使得提高塔架增加項目收益成為可能。經過反復論證分析，綜合考慮項目經濟性該復雜項目終推薦采用125m高塔架方案。

圖 3 項目場區(qū)周邊地形遙感圖

圖 4 140m測風塔和本項目測風塔主風能方向地形剖面（左）

以及測風塔實測風廓線考慮到項目地形較為復雜，該項目使用CFD軟件建模計算，而計算時各項參數的設置，也對計算結果的精度有著顯著的影響。為了降低CFD計算誤差，參數調整主要從兩個方面考慮：測風數據高風速段互推，用來調整森林密度模型和粗糙度模型。熱穩(wěn)定參數設置，用來調整入口風廓線。根據不同參數互推驗證成果，終選擇外推誤差較小的模型參數。通過下圖和表可以看出，改變模型參數設置可以明顯優(yōu)化計算模擬結果質量。

圖 5 各參數設置下模型廓線與測風塔廓線對比圖

表 1 測風塔實測各高度與擬合各高度風速計算值

圖 6 mast1各扇區(qū)模擬廓線與實際廓線對比

圖 7 mast2各扇區(qū)模擬廓線與實際廓線對比通過兩個測風塔互推對比風速，可以看出終優(yōu)化后模型的模擬風速與實測風速差距較小，模型質量較好。

表 2 測風塔互推結果驗證

該項目投運后，通過收集2021年4月到2022年4月風場實發(fā)數據分析，統(tǒng)計剔除限電及故障損失小時數后項目平均等效利用小時數為2405.35小時，若當初設計階段采用常規(guī)思路分析，推薦90m高度塔架，則本風電場小時數將會降低約400h。而正是源于風資源工程師在技術上的堅持，該項目真正實現了技術創(chuàng)造價值，向空間要資源！

表 3 實際發(fā)電量結果統(tǒng)計

編者按：隨著國內風電行業(yè)的快速發(fā)展，可開發(fā)容量規(guī)模越來越受到關注，過去幾年不同的機構均提出過通過提升塔架高度帶來可開發(fā)容量的顯著提升，尤其是在中東部平原大切變區(qū)域。但是除了上述已經為行業(yè)所熟知的區(qū)域，其他區(qū)域提升塔架高度效果如何尚未有太多案例。本篇關注到了復雜地形區(qū)域，而經過長期開發(fā)，山地復雜地形可開發(fā)區(qū)域的資源條件呈現出下降趨勢，大量的資源因為收益不達標而被舍棄，另有部分資源處于開發(fā)臨界邊緣，如何盤活這樣的項目對風資源從業(yè)者也提出了更高的要求，本篇介紹的項目正是通過前期風資源工程師深入分析找到提升收益的切入點去盤活項目，進而達到提高可開發(fā)容量的目的。金風科技的風資源團隊將繼續(xù)堅持磨煉內功，打牢基礎，在疑難項目上敢為人先，用扎實的專業(yè)基礎和敬業(yè)的工作精神，為客戶持續(xù)打造優(yōu)質項目保駕護航。