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1842m。

 

圖1風(fēng)電場(chǎng)地形分布(左圖WT軟件擬合,右圖GIS軟件擬合)

(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1635m和1659m,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)。

圖2加密測(cè)風(fēng)塔分布圖(黑點(diǎn)處)

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∶2000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500m(或600m),風(fēng)機(jī)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(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。現(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)。空間化處理風(fēng)能資源專業(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。

作者簡(jiǎn)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(fēng)資源評(píng)價(jià)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 18709-2002,風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法[S].

[2]李茂勛.基于GIS的中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用研究[J].測(cè)繪通報(bào),2009(1):60-63.

[3]胡立偉.基于GIS的風(fēng)能預(yù)報(bào)技術(shù)[J].學(xué)術(shù)研究,2007(6):3741.