劉敏

摘 要：風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源。面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境問(wèn)題，安全、清潔、優(yōu)質(zhì)的綠色能源越來(lái)越受到各國(guó)的廣泛關(guān)注，該文利用地理信息系統(tǒng)（GIS）理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段，為風(fēng)電場(chǎng)選址、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、風(fēng)功率預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) 風(fēng)電 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TK89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0019-02

風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源。面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境問(wèn)題，安全、清潔、優(yōu)質(zhì)的綠色能源越來(lái)越受到各國(guó)的廣泛關(guān)注，風(fēng)能發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)的技術(shù)手段，尤其是GIS技術(shù)。該文分別闡述GIS在風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)電數(shù)據(jù)庫(kù)建立和風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)上的應(yīng)用。

1 GIS在風(fēng)電場(chǎng)選址上的應(yīng)用

1.1 宏觀選址

風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址是在仔細(xì)研究國(guó)家和地區(qū)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上，詳細(xì)調(diào)查地區(qū)風(fēng)能資源分布及開(kāi)發(fā)情況，廣泛收集地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在若干場(chǎng)址中，選擇一個(gè)風(fēng)能資源豐富，而且最有利用價(jià)值區(qū)域的過(guò)程。綜合以往對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址方案進(jìn)行的分析以及實(shí)際應(yīng)用情況，考慮所有因素的影響，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址方案做出定量、全面、綜合的評(píng)價(jià)。利用GIS技術(shù)手段，將收集的資料矢量化，與風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速分布圖、風(fēng)功率分布、地形圖、遙感航片等資料進(jìn)行疊加，采用相應(yīng)的處理方法選出地勢(shì)較平坦、建設(shè)條件較好的位置優(yōu)先開(kāi)發(fā)，風(fēng)資源較好、地形較差地區(qū)后續(xù)開(kāi)發(fā)。

1.2 測(cè)風(fēng)塔選址

測(cè)風(fēng)塔位置選取原則，測(cè)量位置周邊應(yīng)無(wú)高大建筑物、樹(shù)木等障礙物，對(duì)于地形較平坦的風(fēng)電場(chǎng)可選擇一處安裝測(cè)量設(shè)備，對(duì)于地形較為復(fù)雜的風(fēng)場(chǎng)，應(yīng)選擇二處及以上安裝測(cè)風(fēng)設(shè)備[1]。測(cè)風(fēng)塔選址一般包含兩個(gè)階段，一是資源的初步觀測(cè)，判斷一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的資源情況；二是一個(gè)復(fù)雜風(fēng)電場(chǎng)的加密測(cè)風(fēng)。

（1）風(fēng)電場(chǎng)資源的初步觀測(cè)，一般在風(fēng)電場(chǎng)宏觀選址之后，選定合適位置樹(shù)立1座測(cè)風(fēng)塔，并進(jìn)行至少一年的實(shí)地測(cè)風(fēng)。在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段，測(cè)風(fēng)塔位置的選擇至關(guān)重要，直接影響前期風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)能計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而影響到一個(gè)項(xiàng)目的決策，因此，合理選擇測(cè)風(fēng)塔位置非常重要。測(cè)風(fēng)塔選址一般參考全國(guó)風(fēng)能資源分布及各種中尺度數(shù)據(jù)并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦吻闆r，下面介紹地形對(duì)選址的影響：利用軟件擬合風(fēng)電場(chǎng)地形分布（見(jiàn)圖1），再結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)向（西北風(fēng)），選擇合適位置樹(shù)立測(cè)風(fēng)設(shè)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(shí)模擬的地形分布圖像顯示效果更清晰。采用測(cè)風(fēng)塔的經(jīng)驗(yàn)定位法選定在F列建立一座測(cè)風(fēng)塔，編號(hào)2441#，海拔1 842 m。

（2）如果場(chǎng)區(qū)較大或者地形復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)，場(chǎng)內(nèi)有測(cè)風(fēng)塔，但代表性不足，需要進(jìn)行加密測(cè)風(fēng)。利用現(xiàn)有測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，模擬分析場(chǎng)區(qū)資源，選擇合適的加密測(cè)風(fēng)位置。2441#位置是場(chǎng)區(qū)最高點(diǎn)，無(wú)遮擋，但位于風(fēng)電場(chǎng)邊緣，風(fēng)電場(chǎng)又是山地風(fēng)電場(chǎng)，故應(yīng)該加密測(cè)風(fēng)，利用測(cè)風(fēng)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(cè)風(fēng)塔模擬風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率分布（見(jiàn)圖2），并參考GIS模擬場(chǎng)區(qū)走勢(shì)，擬在風(fēng)電場(chǎng)西側(cè)和東側(cè)山梁各補(bǔ)立一座測(cè)風(fēng)塔，海拔高度分別為1 635 m和1 659 m，進(jìn)一步摸清此區(qū)域的風(fēng)能資源，為后期的微觀選址提供可靠依據(jù)。

1.3 微觀選址

風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益的過(guò)程。

1.3.1 風(fēng)電場(chǎng)地形圖測(cè)量

風(fēng)電場(chǎng)初步設(shè)計(jì)需要在風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)1∶2 000地形圖基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)升壓站、吊裝平臺(tái)及道路帶狀圖工程進(jìn)行測(cè)量，精度比例為1∶500。利用GPS RTK測(cè)量技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行全野外數(shù)字測(cè)量，利用南方CASS軟件和GIS軟件進(jìn)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(hào)塔、河流、道路等要素。為更好地管理與分析這些標(biāo)志數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行統(tǒng)一的投影設(shè)置、格式轉(zhuǎn)換、重采樣等操作。

1.3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定位

在進(jìn)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(jìn)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(dāng)?shù)仫L(fēng)向布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)距離村莊一般不小于500 m（或600 m），風(fēng)機(jī)距離線路道路一般大于200 m。距離礦區(qū)一般要滿足爆破安全距離，大于300 m等，安全距離均應(yīng)滿足當(dāng)?shù)匾?guī)定，再利用GIS軟件建立敏感要素的緩沖區(qū)，指導(dǎo)風(fēng)電機(jī)組避讓?，F(xiàn)場(chǎng)微觀選址時(shí)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)附近至少3個(gè)國(guó)家大地控制點(diǎn)及點(diǎn)之記文件，利用基站和RTK儀器采集控制點(diǎn)信息后，將投影高程信息引到風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)，使風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)點(diǎn)位的采集準(zhǔn)確。

1.3.3 GIS在風(fēng)電場(chǎng)支持性文件上的應(yīng)用

在辦理項(xiàng)目核準(zhǔn)之前，需要得到有關(guān)環(huán)保、地礦、軍事、文物等方面的批復(fù)，準(zhǔn)確確定風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)機(jī)的位置尤為重要，但是由于省級(jí)和地方國(guó)土局，林業(yè)局，環(huán)保廳各部門(mén)之間用的軟件和地理投影不同，需要利用GIS軟件進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，才能精確相對(duì)位置，如果風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)機(jī)未占用敏感地帶，各部門(mén)會(huì)為該風(fēng)電項(xiàng)目出具相應(yīng)的支持性文件，以便項(xiàng)目順利開(kāi)展。

2 GIS在建立風(fēng)電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

風(fēng)能資源空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括風(fēng)能資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和下墊面背景數(shù)據(jù)?？臻g化處理風(fēng)能資源專(zhuān)業(yè)觀測(cè)網(wǎng)測(cè)風(fēng)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(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)等風(fēng)能資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生成圖形產(chǎn)品，輸入風(fēng)能資源空間數(shù)據(jù)庫(kù)。將基礎(chǔ)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(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)等下墊面背景數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、地理坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、地理定標(biāo)、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查之后，輸入風(fēng)能資源空間數(shù)據(jù)庫(kù)。風(fēng)能空間數(shù)據(jù)的建立便于進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索查詢[2]。避免出現(xiàn)兩家以上能源開(kāi)發(fā)公司選擇風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)重合的情況，故建立風(fēng)電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)有十分重要的意義。

3 GIS在風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)上的應(yīng)用

為了能保障電網(wǎng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行，同時(shí)接納有規(guī)模的風(fēng)電，建立一套風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)是很有必要的，隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)和風(fēng)電場(chǎng)企業(yè)均會(huì)更加重視風(fēng)能預(yù)報(bào)系統(tǒng)，基于GIS 的風(fēng)能預(yù)報(bào)技術(shù)作為風(fēng)能預(yù)報(bào)系統(tǒng)的核心部分，隨著資料的充實(shí)和完善，必將形成對(duì)國(guó)內(nèi)典型風(fēng)電場(chǎng)資源具有記憶功能并自適應(yīng)的一門(mén)專(zhuān)有應(yīng)用型技術(shù)[3]。基于GIS技術(shù)，利用時(shí)間序列法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，制作風(fēng)能預(yù)報(bào)技術(shù)方案，能夠適應(yīng)各種地形，使預(yù)報(bào)時(shí)間更短、精度更高。

4 結(jié)語(yǔ)

GIS在風(fēng)電行業(yè)中不僅運(yùn)用地圖學(xué)、遙感，全球定位、測(cè)量等理論知識(shí)，同時(shí)也利用了GIS的軟件工具，GIS技術(shù)被應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)選址、產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和風(fēng)功率預(yù)測(cè)方面，具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此GIS技術(shù)是風(fēng)電行業(yè)發(fā)展中必不可少的技術(shù)之一。

參考文獻(xiàn)

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