基于GIS分析的风电场宏观选址方法研究与应用

高 勇 郑伟呈 尉正斌

（.特变电工新疆风电场股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 730050）

在风能资源的开发过程中，风电场的合理选址是重要的环节。由于我国在风电场场区选址过程中存在重投资建设、轻规划管理的情况，因此，评判选址结果时往往受制于许多主观要素的影响，出现基建成本过高、生态破坏严重等一系列问题，特别是提出“三区三线”后，土地利用的限制条件进一步增加，风电场电站规划难度进一步增加，在复杂地形下，风电场选址非常困难，不仅需要考虑地类问题，而且需要考虑地形的影响。如何在避免红线风险的同时节约能源，降低发电总成本，尤为重要[1]。现阶段在实际工作中，风电场电站选址时往往通过逐步查询各个政府部门，复核风电场场址合规性，在调整过程中，多次反复，导致工作效率低。因此，亟需提出一种更高效、精确的风电场合规的选址方法。

为解决电场项目前期选址中因为地类、自然保护区等红线因素过多导致的选址效率低下和规划难度较大的问题，该文通过在风电场电站宏观选址中引入GIS 可以有效提高工作效率，规避项目投资风险，减少工程量，为电站后期规划提供有力的技术保障。

1 基于GIS 的选址方法研究

1.1 风电宏观选址基本原则

1.1.1 风能资源相对丰富

在选定区域内，风能资源相对丰富，风速较高，风功率密度较大，且区域湍流相对较小，没有剧烈破坏性风速；风向以及风能方向较为集中，这样可以保证机组的有效小时数较高。根据不同地区的风切变等因素来确定该地区所适用机组的最低风速。

1.1.2 符合并网要求

做好前期政策收集工作，了解选定区域的电网规划等相关政策；从当地政府着手，了解该区域的电网接入情况，并以此为依据，确定风电场的总装机容量。

1.1.3 具备场址建设条件

由于风电场建设过程中需要大型零部件的运输，因此选址过程中应当考虑交通便利的因素。尽可能地具备便利的交通运输条件，与主干道等道路的距离越近越好。也要保证场址内具备良好的存放环境，以便于设备和材料的存放。

1.1.4 生态环境保护

风电场选址时要注意避让生态红线，建议主要考虑戈壁、空地等远离生态保护区的位置。同时也要避让居民区，避免对周围居民产生噪声以及光影的影响。

1.2 基于GIS 的评价指标体系确立

根据风电场选址原则和实际情况，该文着重介绍几个需要重点关注的因素。首先是坡度因素，主要在山地区域较为常用，坡度越大，风电场的建设成本越高；其次是风速的大小、道路成本以及集电线路成本，风速越小，风电场收益越低，道路和集电线路越长，建设风电场成本越高；然后是生态保护区，风电场的建设要避让生态红线；最后是距离居民区的距离，如果距离过近，就会出现风机噪声，对居民的生活造成影响[2]。该文通过GIS 获得各指标的测量数据，并得到每个指标的得分情况图和整体评价结果图，以便更直观地分析研究结果。同时可以进一步将这些评价指标分为排除指标和评估指标。排除指标包括是否位于鸟类通道、与电厂的距离、与化工厂的距离。评估指标包括坡度（度）、与主干道的距离（m）、与输电线的距离（m）、风速（m/s）、是否属于鸟类河口保护区。下面对这些指标进行介绍。

1.2.1 排除指标

1.2.1.1 是否涉及生态红线

生态保护红线的实质是保证生态不被破坏的底线，严格的保护机制是生态安全的最高屏障，是促进人类与自然资源和谐相处的安全底线。在生态红线内应该尽可能地减少人类活动，禁止一切商业建设开发。

1.2.1.2 是否涉及基本农田

基本农田是保安全、促发展的最低需求，也是我国人民的“保命田”，确保基本农田需求是总体规划确定耕地不得占用。在2008 年中共十七届三中全会提出：“永久基本农田即对基本农田实行永久性保护，即无论什么情况下都不能改变其用途，不得以任何方式挪作它用的基本农田。”

1.2.1.3 一级林地

一级林地共分为8 类，主要有天然林、灌木林和防护林等，在进行风电场建设时要尽可能地避开天然林。

1.2.1.4 名胜景区

名胜景区主要有自然景观和人文景观，具有一定的文化或者科学价值。在进行风电场选址过程中要避让该区域，特别注意的是坟墓也包括在此类中。

1.2.2 评价指标

1.2.2.1 风功率密度

风功率密度是指与风向垂直的单位面积中风所具有的功率，它的大小与风速和空气密度有关。风功率密度越大，反映该地区的风能资源水平越高，越适合风电场的建设，风机的有效发电小时数越高。

1.2.2.2 坡度

坡度反映了地形的陡峭程度，坡度越大风电场建设过程中需要的成本越高，需要削峰填谷，施工难度以及危险性也会增加。风电场较为适合在平坦的地形进行建设，这样可以降低建设成本，保障安全。

1.2.2.3 与升压站的距离

风电场与升压站距离越近，所需集电线路的长度越短，减少输电损耗的同时也可以降低成本。

1.3 基于GIS 的风电场选址方法

基于GIS 的风电场选址方法，利用GIS对整个场区范围进行选址排查，简化风电场选址复杂流程，综合考虑各影响因素评价的不确定性，科学地计算各评价指标对应权重，结合GIS 的优势，对拟建区域进行评估，更精确地确定符合风电场建设要求的区域[3]。

在GIS 工具的支持下，获得拟建风电场场址范围内的高程数据，然后利用软件内部的分析工具对场区范围内整体的坡度、坡向、升压站欧氏距离、主干道缓冲区、风功率密度进行分析，并对各区域的评价指标进行等级划分，得到每个评价指标相对应的得分情况。然后，通过模型设计计算各评价指标对应的权重值，最终获得各区域的综合得分，从而有效选择较适宜建设风电场的区域，其整体流程如图1 所示[4]。

图1 基于GIS 的风电场选址方法

2 风电场电站选址应用案例

2.1 排除区域介绍

经过调研，某县地区风电场选址均不能涉及的区域包括生态红线和风景名胜区，除此外风电选址不能占用基本农田。某县生态红线区域、北岳风景区和土地资源划分情况分别如图2 和图3 所示。

图2 某县风景区以及生态红线

图3 土地资源划分情况

从图2 中可以得出，生态红线主要位于某县西部、中部和北部的山区、丘陵地带，面积大约站某县总面积的1/3，极大地限制了风电场电站的选址；风景区位于某县的东北部，面积远小于生态红线，但是该区域风资源较好同样影响了风电场电站的选址；从图3 的土地资源划分情况可以看出，某县土地利用类型主要分为五类。分别是耕地、林地、草地、水域以及建设用地，基本不包括未利用地。

对比图4 可以看出，在考虑排除指标后选址范围规避了大部分林地，由此可见，选址结果以上述指标作为依据是十分可靠的。可以通过排除指标来判断风电场发电设备对当地生态环境的影响程度。

图4 风电场选择可用区域

2.2 不同适合区域的介绍

结合实际情况，为了更好地对研究区域的适宜程度进行分级，该研究根据所有可选择位置的得分情况，以区域综合得分的最高分作为上限，等间隔分为5 份，按照得分高低将整个研究区域划分为优秀、良好、一般、较差和极差五类区域[5]。然后根据风电场选址方法，利用GIS 工具分别建立风电选址模型，如图5 所示。为了更好地表征研究区域的适合程度，更直观地分析研究结果。该文利用GIS分析工具包括坡度、坡向分析，欧式距离分析、缓冲区分析、重分类和加权总和，从而得到每个评价指标的等级划分[6]。利用模型计算得到各评价指标权重后，对各区域指标得分进行加权总和，从而得到各选址区域整体评价结果如图6 所示，从图6 中可以看出，风电选址结果综合得分范围在1.67~4.06 分。

图5 风电场宏观选址模型

图6 风电选址结果综合得分

对不同评价得分进行分类，选取评分较高的区域，结合构建的排除区域筛选后，最终得到的风电场优秀选址区域如图7 所示，从图中可以看出，风电优秀选址区域主要位于东部的平原地区和北部的丘陵地区。从结果可以看出，在保证良好的风能资源条件下，这次推荐的场区范围综合考虑施工建设难度、集电线路距离和交通运输条件等多种因素。

图7 某县风电选址综合评价结果

3 结论

该文通过调研分析风电场电站选址需要考虑的相关问题以及影响因素，总结风电场的选址原则，结合模型并利用GIS 强大的分析功能，对河北某县地区的海拔、坡度、坡向以及土地类型等相关因素进行分析。在分析过程中，将每个影响因素根据选址要求生成相对应的准则，结合模型对相关准则的权重进行确定，在得出每个准则的对应权重后，需要对权重结果进行一致性检验，分析得出的权重分配是否合理[7]。确定权重后，对各项指标权重进行综合分析，得出河北某县地区适合建设风电电场的区域。

风电场选址是一个非常复杂的过程，在选址时需要考虑的因素众多，在该文研究的过程中，只列举了部分常见因素，实际工作中考虑的因素更多。在实际选址过程中，可以增加更多的输入条件来完善模型。该文通过应用GIS 强大的空间分析功能，提高风电场选址的效率以及准确性。