不同分辨率地形图对风电场发电量的影响研究

郭妙

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054)

摘要：地形数据是计算风电场发电量的必备要素，本文分别使用ASTERGDEM、IRS-P5DEM、SRTM原始高程数据，进行发电量、尾流影响、风速、风功率密度、年利用小时数的计算，通过发电量等指标的不同，对比分析三个数字高程产品之间的差异，研究分辨率为30m的ASTERGDEM数字高程数据产品的特点及其在风电工程中的适用性。。

关键词：风电场发电量；数字高程数据；风能特征量

1、概述

风能作为清洁的可再生能源，对保护生态环境、实现电力工业的可持续发展等具有重要作用。数字地形图是纸质地形图的数字存在和表现形式，本文分别使用分辨率为90m的SRTM原始高程数据、分辨率为30m的ASTERGDEM数字高程数据、分辨率为6.5m的IRS-P5DEM数字高程数据，运用globalmapper、suffer软件对地形数据进行处理，得到加密的等高线资料作为地形数据，输入测风塔数据、粗糙度和障碍物信息、以及三个不同的数字高程产品，得到拟建场区内的风资源分布图，并初步计算发电量。通过发电量的不同，对比分析三个数字高程产品之间的差异，研究分辨率为30m的DEM数字高程数据产品的优缺点，及其在风电工程中的适用性。

2、地形数据介绍

1）SRTM数据

数据介绍：SRTM是由美国太空总署和国防部国家测绘局联合测量的。SRTM数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3,对应的分辨率精度分别为30M和90M，SRTM1的文件里面包含3601*3601个采样点的高度数据，SRTM3的文件里面包含1201*1201个采样点的高度数据。目前能够免费获取中国境内的SRTM3文件，是90米的数据，每个90米的数据点是由9个30米的数据点算术平均得来的。

2）ASTERGDEM数据

ASTERGDEM数据是2009年由美国宇航局与日本经济产业省共同推出的最新地球电子地形数据，是根据美国宇航局新一代地对地观测卫星TERRA的详尽观测结果制作完成的。该数据覆盖范围为83°N～83°S之间的所有陆地区域，达到了地球表面的99%，其垂直精度达到20m，水平精度达到30m，据统计垂直精度为20m的置信度达到95%。

3）IRS-P5数据

Gartosat-1卫星，又名IRS-P5，是印度2005年发射的遥感制图卫星，搭载有两个分辨率为2.5米的全色传感器，连续推扫，形成同轨立体相对，数据主要用于地形图制图、高程建模、地籍制图及国土资源调查与监测等方面。其DEM高程模型的分辨率为6.5m，卫星数据具备真正2.5米分辨率，应用尺度达到1:10000，在制图方面，像对生成DEM以及制图精度可达1:25000，精度满足风电场前期开发工作。

3、数字化地形图

本文研究的两座测风塔位于陕西省延安市吴起县，所在区域主要为低山、丘陵地貌，两座测风塔相距约15km。选取9202#测风塔所在山脊为拟建场址区域，该山脊呈南-北走向，山脊较为连续，多呈波张起伏，沿脊背主线行走整体地势变化较为平缓。山脊总长约10km，海拔在1500m～1750m之间，相对高差约200～300m。

拟建风电场区的数字高程产品用Globalmapper将地形文件打开，并对其进行坐标转换，并保存成surfer网格(ASCII)格式，然后用surfer软件打开，分别生成等高线间距为30m、25m、20m、15m、10m、9m、8m、7m、6m、5m、4m、3m、2m的地形图文件。

4、风电场发电量计算

本文采用的风场地形为典型的浅山丘陵地区，采用相同的测风塔数据、风机布置、风电机组、尾流模型，采用WASP软件，分别使用等高线间距为30m、25m、20m、15m、10m、9m、8m、7m、6m、5m、4m、3m、2m的SRTM、ASTERGDEM、IRS-P5地形图文件，进行发电量计算，并对结果进行分析比较。

本文选取远景2.1MW风机，叶轮直径为90m，采用WASP软件进行风能资源分布图的计算，并进行机位布置，并计算发电量。

表1不同等高距、不同地形图年净发电量对比[GW•h]

注：SRTM、ASTERGDEM、IRS-P5DEM高程模型分辨率分别为90m、30m、6.5m

运用不同等高距、同一地形图计算的年净发电量对比见表1。可以看出对于同一等高距、不同地形图其计算的发电量是有差异的，总体来说SRTM地形图计算得发电量偏大，ASTERGDEM与IRS-P5地形图计算的发电量相近。在等高线间距相同的情况下，与IRS-P5相比，SRTM数据最大误差为4.56%，发生在20m等高距，最小为0.39，发生在25m等高距；ASTERGDEM数据最大误差为5.16%，发生在20m等高距，最小为0.12%，发生在5m等高距。

对于同一种地形图，不同等高距其计算的发电量也有差异，三种地形图计算的发电量变化趋势基本一致，见图1。等高线间距在10以内时，其发电量变化平缓，三者计算较为接近，总体随着等高距的增大发电量有所减小，但减小幅度不大。不同等高距，SRTM数据最小值与最大值相差7.2%；ASTERGDEM数据最小值与最大值相差8.45%；IRS-P5数据最小值与最大值相差4.19%。

图1同一种地形图，不同等高距计算的发电量变化图

5、结论

本文由不同地形图计算的发电量、尾流影响、风速、风功率密度、等效满负荷小时数对比结果可以看出：根据30m分辨率的ASTERGDEM与6.5m分辨率的IRS-P5地形图计算的各个指标非常接近，ASTERGDEM数字高程数据产品可以在国际科学数据服务平台上免费下载，其精度能满足风电场的前期开发工作。本文由于没有实测地形图文件，对哪个地形图更接近真实情况则有待进一步研讨。

参考文献:

[1]仇卫东,王智东,李隽.我国风电发展的相关问题.电力技术经济.2008.20(1)：19-23.

[2]郑小梅，邓小军，数字地形图质量检测系统研究，城市勘测，2004（5）：23-25.