高 勇 鄭偉呈 尉正斌

（.特變電工新疆風電場股份有限公司，新疆 烏魯木齊 730050）

在風能資源的開發(fā)過程中，風電場的合理選址是重要的環(huán)節(jié)。由于我國在風電場場區(qū)選址過程中存在重投資建設、輕規(guī)劃管理的情況，因此，評判選址結果時往往受制于許多主觀要素的影響，出現(xiàn)基建成本過高、生態(tài)破壞嚴重等一系列問題，特別是提出“三區(qū)三線”后，土地利用的限制條件進一步增加，風電場電站規(guī)劃難度進一步增加，在復雜地形下，風電場選址非常困難，不僅需要考慮地類問題，而且需要考慮地形的影響。如何在避免紅線風險的同時節(jié)約能源，降低發(fā)電總成本，尤為重要[1]?，F(xiàn)階段在實際工作中，風電場電站選址時往往通過逐步查詢各個政府部門，復核風電場場址合規(guī)性，在調(diào)整過程中，多次反復，導致工作效率低。因此，亟需提出一種更高效、精確的風電場合規(guī)的選址方法。

為解決電場項目前期選址中因為地類、自然保護區(qū)等紅線因素過多導致的選址效率低下和規(guī)劃難度較大的問題，該文通過在風電場電站宏觀選址中引入GIS 可以有效提高工作效率，規(guī)避項目投資風險，減少工程量，為電站后期規(guī)劃提供有力的技術保障。

1 基于GIS 的選址方法研究

1.1 風電宏觀選址基本原則

1.1.1 風能資源相對豐富

在選定區(qū)域內(nèi)，風能資源相對豐富，風速較高，風功率密度較大，且區(qū)域湍流相對較小，沒有劇烈破壞性風速；風向以及風能方向較為集中，這樣可以保證機組的有效小時數(shù)較高。根據(jù)不同地區(qū)的風切變等因素來確定該地區(qū)所適用機組的最低風速。

1.1.2 符合并網(wǎng)要求

做好前期政策收集工作，了解選定區(qū)域的電網(wǎng)規(guī)劃等相關政策；從當?shù)卣郑私庠搮^(qū)域的電網(wǎng)接入情況，并以此為依據(jù)，確定風電場的總裝機容量。

1.1.3 具備場址建設條件

由于風電場建設過程中需要大型零部件的運輸，因此選址過程中應當考慮交通便利的因素。盡可能地具備便利的交通運輸條件，與主干道等道路的距離越近越好。也要保證場址內(nèi)具備良好的存放環(huán)境，以便于設備和材料的存放。

1.1.4 生態(tài)環(huán)境保護

風電場選址時要注意避讓生態(tài)紅線，建議主要考慮戈壁、空地等遠離生態(tài)保護區(qū)的位置。同時也要避讓居民區(qū)，避免對周圍居民產(chǎn)生噪聲以及光影的影響。

1.2 基于GIS 的評價指標體系確立

根據(jù)風電場選址原則和實際情況，該文著重介紹幾個需要重點關注的因素。首先是坡度因素，主要在山地區(qū)域較為常用，坡度越大，風電場的建設成本越高；其次是風速的大小、道路成本以及集電線路成本，風速越小，風電場收益越低，道路和集電線路越長，建設風電場成本越高；然后是生態(tài)保護區(qū)，風電場的建設要避讓生態(tài)紅線；最后是距離居民區(qū)的距離，如果距離過近，就會出現(xiàn)風機噪聲，對居民的生活造成影響[2]。該文通過GIS 獲得各指標的測量數(shù)據(jù)，并得到每個指標的得分情況圖和整體評價結果圖，以便更直觀地分析研究結果。同時可以進一步將這些評價指標分為排除指標和評估指標。排除指標包括是否位于鳥類通道、與電廠的距離、與化工廠的距離。評估指標包括坡度（度）、與主干道的距離（m）、與輸電線的距離（m）、風速（m/s）、是否屬于鳥類河口保護區(qū)。下面對這些指標進行介紹。

1.2.1 排除指標

1.2.1.1 是否涉及生態(tài)紅線

生態(tài)保護紅線的實質(zhì)是保證生態(tài)不被破壞的底線，嚴格的保護機制是生態(tài)安全的最高屏障，是促進人類與自然資源和諧相處的安全底線。在生態(tài)紅線內(nèi)應該盡可能地減少人類活動，禁止一切商業(yè)建設開發(fā)。

1.2.1.2 是否涉及基本農(nóng)田

基本農(nóng)田是保安全、促發(fā)展的最低需求，也是我國人民的“保命田”，確?；巨r(nóng)田需求是總體規(guī)劃確定耕地不得占用。在2008 年中共十七屆三中全會提出：“永久基本農(nóng)田即對基本農(nóng)田實行永久性保護，即無論什么情況下都不能改變其用途，不得以任何方式挪作它用的基本農(nóng)田?！?/p>

1.2.1.3 一級林地

一級林地共分為8 類，主要有天然林、灌木林和防護林等，在進行風電場建設時要盡可能地避開天然林。

1.2.1.4 名勝景區(qū)

名勝景區(qū)主要有自然景觀和人文景觀，具有一定的文化或者科學價值。在進行風電場選址過程中要避讓該區(qū)域，特別注意的是墳墓也包括在此類中。

1.2.2 評價指標

1.2.2.1 風功率密度

風功率密度是指與風向垂直的單位面積中風所具有的功率，它的大小與風速和空氣密度有關。風功率密度越大，反映該地區(qū)的風能資源水平越高，越適合風電場的建設，風機的有效發(fā)電小時數(shù)越高。

1.2.2.2 坡度

坡度反映了地形的陡峭程度，坡度越大風電場建設過程中需要的成本越高，需要削峰填谷，施工難度以及危險性也會增加。風電場較為適合在平坦的地形進行建設，這樣可以降低建設成本，保障安全。

1.2.2.3 與升壓站的距離

風電場與升壓站距離越近，所需集電線路的長度越短，減少輸電損耗的同時也可以降低成本。

1.3 基于GIS 的風電場選址方法

基于GIS 的風電場選址方法，利用GIS對整個場區(qū)范圍進行選址排查，簡化風電場選址復雜流程，綜合考慮各影響因素評價的不確定性，科學地計算各評價指標對應權重，結合GIS 的優(yōu)勢，對擬建區(qū)域進行評估，更精確地確定符合風電場建設要求的區(qū)域[3]。

在GIS 工具的支持下，獲得擬建風電場場址范圍內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，然后利用軟件內(nèi)部的分析工具對場區(qū)范圍內(nèi)整體的坡度、坡向、升壓站歐氏距離、主干道緩沖區(qū)、風功率密度進行分析，并對各區(qū)域的評價指標進行等級劃分，得到每個評價指標相對應的得分情況。然后，通過模型設計計算各評價指標對應的權重值，最終獲得各區(qū)域的綜合得分，從而有效選擇較適宜建設風電場的區(qū)域，其整體流程如圖1 所示[4]。

圖1 基于GIS 的風電場選址方法

2 風電場電站選址應用案例

2.1 排除區(qū)域介紹

經(jīng)過調(diào)研，某縣地區(qū)風電場選址均不能涉及的區(qū)域包括生態(tài)紅線和風景名勝區(qū)，除此外風電選址不能占用基本農(nóng)田。某縣生態(tài)紅線區(qū)域、北岳風景區(qū)和土地資源劃分情況分別如圖2 和圖3 所示。

圖2 某縣風景區(qū)以及生態(tài)紅線

圖3 土地資源劃分情況

從圖2 中可以得出，生態(tài)紅線主要位于某縣西部、中部和北部的山區(qū)、丘陵地帶，面積大約站某縣總面積的1/3，極大地限制了風電場電站的選址；風景區(qū)位于某縣的東北部，面積遠小于生態(tài)紅線，但是該區(qū)域風資源較好同樣影響了風電場電站的選址；從圖3 的土地資源劃分情況可以看出，某縣土地利用類型主要分為五類。分別是耕地、林地、草地、水域以及建設用地，基本不包括未利用地。

對比圖4 可以看出，在考慮排除指標后選址范圍規(guī)避了大部分林地，由此可見，選址結果以上述指標作為依據(jù)是十分可靠的。可以通過排除指標來判斷風電場發(fā)電設備對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響程度。

圖4 風電場選擇可用區(qū)域

2.2 不同適合區(qū)域的介紹

結合實際情況，為了更好地對研究區(qū)域的適宜程度進行分級，該研究根據(jù)所有可選擇位置的得分情況，以區(qū)域綜合得分的最高分作為上限，等間隔分為5 份，按照得分高低將整個研究區(qū)域劃分為優(yōu)秀、良好、一般、較差和極差五類區(qū)域[5]。然后根據(jù)風電場選址方法，利用GIS 工具分別建立風電選址模型，如圖5 所示。為了更好地表征研究區(qū)域的適合程度，更直觀地分析研究結果。該文利用GIS分析工具包括坡度、坡向分析，歐式距離分析、緩沖區(qū)分析、重分類和加權總和，從而得到每個評價指標的等級劃分[6]。利用模型計算得到各評價指標權重后，對各區(qū)域指標得分進行加權總和，從而得到各選址區(qū)域整體評價結果如圖6 所示，從圖6 中可以看出，風電選址結果綜合得分范圍在1.67~4.06 分。

圖5 風電場宏觀選址模型

圖6 風電選址結果綜合得分

對不同評價得分進行分類，選取評分較高的區(qū)域，結合構建的排除區(qū)域篩選后，最終得到的風電場優(yōu)秀選址區(qū)域如圖7 所示，從圖中可以看出，風電優(yōu)秀選址區(qū)域主要位于東部的平原地區(qū)和北部的丘陵地區(qū)。從結果可以看出，在保證良好的風能資源條件下，這次推薦的場區(qū)范圍綜合考慮施工建設難度、集電線路距離和交通運輸條件等多種因素。

圖7 某縣風電選址綜合評價結果

3 結論

該文通過調(diào)研分析風電場電站選址需要考慮的相關問題以及影響因素，總結風電場的選址原則，結合模型并利用GIS 強大的分析功能，對河北某縣地區(qū)的海拔、坡度、坡向以及土地類型等相關因素進行分析。在分析過程中，將每個影響因素根據(jù)選址要求生成相對應的準則，結合模型對相關準則的權重進行確定，在得出每個準則的對應權重后，需要對權重結果進行一致性檢驗，分析得出的權重分配是否合理[7]。確定權重后，對各項指標權重進行綜合分析，得出河北某縣地區(qū)適合建設風電電場的區(qū)域。

風電場選址是一個非常復雜的過程，在選址時需要考慮的因素眾多，在該文研究的過程中，只列舉了部分常見因素，實際工作中考慮的因素更多。在實際選址過程中，可以增加更多的輸入條件來完善模型。該文通過應用GIS 強大的空間分析功能，提高風電場選址的效率以及準確性。