2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)：高边坡风电场精准选址与载荷评估一体化解决方案

高边坡风电场精准选址与载荷评估一体化解决方案科创研究院张粜献人类清洁绿电，还自然碧水蓝天1972中国最早从事风力发电的企业SINCE●

背景与挑战●

技术突破与解决方案●

验证与成果展示目录CONTENTS●

工程应用与价值1.风电场高边坡现象高边坡风电机组：由于山地风电场道路、平台开挖后常形成数米至数十米的陡立面，机位点距边坡边缘距离很近高边坡机位现场示意图高边坡机位示意图风向山体3背景2.风电场高边坡现象越来越严重：据统计，在山地风电场中时常遇到高边坡现象，涉及湖南、湖北、江西、广东等12个省份山地风电场，约占比20%~25%的项目

地形因素：风电行业的快速发展，复杂地形山地项目成为

风电开发的重点区域；

政策要求：行政界线、生态红线、压覆矿、林地等政策限

制导致机位点的调整和可选范围缩小；

机组选型：

大型化叶片机组流行，加剧叶尖与地面的距离

缩小，部分项目在设计是甚至出现扫到边坡的情况；

工程建设：大机组、大叶片对吊装的要求增加，平台挖方

增加，边坡高度增加。背景2022年度实际运行年度发电量数据2500

实际运行

设计阶段28h

1500

1000

500

**项目

**项目**项目11台高边坡机位的平均发电小时数降低约为457h，29台非高边坡机位小时数差距约209h。**项目高边坡机位的平均发电小时数降低约为271h，非高边坡机位小时数差距约28h。209h2000

457h271h

0

高边坡机位非高边坡机位高边坡机位

非高边坡机位3.

高边坡项目发电量后评估分析：发电小时数5背景11台高边坡机组年度故障停机小时数为114h29台非高边坡机组小时数仅有28h。前三故障：偏航故障，更换偏航电机刹车片机舱产生滑移并出现异响偏航过快，更换偏航制动摩擦片4.

高边坡项目安全性后评估分析：2022年度实际运行故障小时数120100806040200高边坡机组非高边坡机组6

故障小时数背景7

现有国标和地方标准关于风电场工程微观选址技术规范对地形主要集中在风场主体结构特征上，

未考虑风场建设前后局部微地形改变带来的影响；

IEC61400-1关于风电机组等级定义，采用的是轮毂高度处风速以及轮毂高度处湍流强度，

未考虑边坡地形对风轮面风资源特征的影响；背景|原因分析

大型长柔叶片对于风轮面风速变化更加敏感，现有风资源-载荷计算方法对结果的应用可能存在影响机组安全性、发电效率的影响。复杂地形下非稳态风电场仿真风轮面风速结果背景|原因分析●

背景与挑战●

技术突破与解决方案●

验证与成果展示目录CONTENTS●

工程应用与价值u高精度风资源精细化建模：

开发贴近实际的、高保真的风资源建模方法u创新全新耦合计算方法：

构建基于风轮面的风资源-载荷耦合计算方法u构建风资源-载荷一体化计算流程：提高高边坡风电机组安全性以及可靠性高边坡风资源-载荷计算一体化评估流程图目标

风况-载荷耦合建模机组载荷评估高边坡地形建模选址及机型优化建议风轮面风况模拟疲劳与载荷计算10高边坡地形高边坡微地形建模实际高边坡机组风资源外场测试多工况实际高边坡风洞试验测试多工况不同边坡高度风洞试验测试载荷仿真算法研究1.风轮面风况建模算法研究2.疲劳载荷及极限载荷计算算法研究风轮面风况评估算法研究1.湍流模型算法研究2.网格生成和求解器算法研究3.边界条件算法研究实验验证

实验验证高边坡地形测量高边坡机组风况测量高边坡机组风况测量高边坡机组载荷测量实际高边坡机组载荷外场测试构建评估体系建立标准规范技术路线图风轮面风况-载荷耦合建模算法研究机组载荷计算CFD仿真计算验证测量●

背景与挑战●

技术突破与解决方案●

验证与成果展示目录CONTENTS●

工程应用与价值风资源验证体系现场测量数据准确性验证风洞测试准确性验证仿真模型准确性验证多源实测

+风洞试验+数值模拟交叉验证，提升风资源计算可信度

不同测试设备结果

风速对比

风速脉动对比

流动不同位置

风轮面风况

不同湍流模型

缩尺风洞试验

粗糙度设置

流动不同位置模型与方法验证|风资源13现场测量数据准确性验证测风塔在10~50米高度布置双传感器

1.测量数据一致性良好各高度层的双传感器风速测量结果高度一致，差值在±0.06m/s

以内

2.动态风速变化同步性高不同品牌传感器瞬时风速变化曲线对齐度高，波动响应同步性一致14现场测试示意图

不同高度时间动态风速对比模型与方法验证|风资源风向

测风塔山体

确保外场测试地形与风洞测试模型一致以机组中心为圆心

，

半径

1

km

，

1m

间距等高线

，采样建模风洞测试结果实际高边坡机组

风资源外场测试模型与方法验证|风资源风洞测试准确性验证结果15验证

粗糙度精确映射通过“现场勘察-粗糙度计算-模型喷涂”三步映射

，实现风洞中近地层湍流的真实再现。模型与方法验证|风资源高边坡地形附近地貌特征现场照片16风洞测试结果实际高边坡机组

风资源外场测试模型与方法验证|风资源上游地基雷达

机位点风洞测试准确性验证结果上游地基雷达下游地基雷达下游地基雷达风洞测试示意图现场测试示意图17验证40-220m40-220m风向多工况实际高边坡风洞试验测试多高度：20m

、30m

、40m以及50m，共四个高度多工况：

157。、

162。、

167。、342。四个扇区多截面：边坡后三个平面上的流场多测点：风轮面高度16个点，水平方向7个点，共112个测试点仿真模型准确性校验校验风洞测试结果模型与方法验证|风资源15cm10cm5cm

0-5cm

-10cm

-15cm风轮面监测点位置仿真模型准确性流场测试截面位置示意图不同风向扇区工况示意图18边坡高度风机截面仿真误差测风塔截面仿真误差雷达截面仿真误差20风速4.8%，湍流

11.2%风速4.5%，湍流

11.2%风速3.8%，湍流

11.2%30风速4.6%，湍流

11.5%风速4.7%，湍流

11.5%风速3.6%，湍流

11.5%40风速4.9%，湍流

11.8%风速4.8%，湍流

11.8%风速3.8%，湍流

11.8%50风速4.7%，湍流

11.4%风速4.5%，湍流

10.7%风速3.9%，湍流

11.1%仿真模型准确性验证结果u风洞测试与仿真结果高度一致：多风向（157°/162

°/167

°/342

°

)

、多边坡（20m/30m/40m/50m）条件下，风速预测误差降至5%以内，湍流强度模拟误差降低至12%u验证充分，具备应用价值多工况下已完成闭环验证，具备工程评估标准化基础模型与方法验证|风资源19

采用现场测量风速/湍流/风切变作为输入，构建高边坡复杂风场

针对平原地形，使用两种方法计算整机载荷，验证方法准确性。

使用Bladed模型进行整机疲劳与极限载荷计算覆盖高边坡地形与平原地形两类典型场景，提升方法通用性与适用性载荷验证体系高边坡地形验证平原地形验证模型与方法验证|载荷计算20部位疲劳载荷

（测试）疲劳载荷

（风轮面）误差（测试/风轮面）叶根263662712097.2%塔底133721421094.1%部位疲劳载荷

（测试）疲劳载荷

（风轮面）误差（测试/风轮面）叶根129601376097.1%塔底746507531099.1%模型在叶根与塔底部位的疲劳载荷计算均与实测结果一致

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高边坡地形验证-**项目平原地形验证-**项目模型与方法验证|载荷计算●

背景与挑战●

技术突破与解决方案●

验证与成果展示目录CONTENTS●

工程应用1.前期选址阶段l

边坡风险规避：机组应布置在边坡稳定性较高的区域，尽量避开高滑坡风险区、土体软弱区以及地表水汇集或冲刷区域，建议边坡高度小于10m。l

安全缓冲区预留：在微观选址阶段，建议机组中心至边坡顶水平距离不小于5倍边坡高度，以减少回流区对风机受力及尾流稳定性的影响。回流区工程应用|标准规范232.微观选址阶段l

叶尖与边坡顶的空间距离Δh≥8m空间距离小于8，关键部件的设计寿命缩短15%甚至20%以上；轴承、齿轮、主轴、叶片根部等关键部件可能无法达到20-25年的设计寿命；需要更频繁地检查、维护和更换大型部件。更换一个主轴承或齿轮箱的成本高且停机时间长，发电损失巨大。l

若无法满足该条件，可通过以下措施进行优化：

提高轮毂