山西省風力發電建設項目采用機型對比分析

王浩宇 王三平 韓 震 鞏鑫磊

(中國輻射防護研究院，山西太原 030006)

0 引言

山西水電資源貧乏，主要以燃煤發電為主，由此帶來的問題是煤炭資源消耗量大，燃煤排放的SO2、煙塵、氮氧化物對環境造成污染，同時因燃煤發電需水量大，加劇了地區干旱缺水的緊張局面。風電作為一種清潔環保的能源，基本不存在環境污染，在山西風力資源豐富的地區建設風電場，可減少對煤炭和水資源的消耗，保護環境，有利于國民經濟的可持續發展。

根據山西省發展和改革委員會制定的《山西省風電開發規劃》，山西省風電開發規劃總裝機容量為3 000萬kW，其中“十二五”(2011年～2015年)期間共規劃風電裝機容量為1 200萬kW，“十三五”(2016年 ～2020年)期間共規劃風電裝機容量為1 800萬kW。

目前山西省已建成的風電場大都采用單機功率為1.5 MW及以下的機型，擬建的風電場大都采用單機功率為2.0 MW的機型，而采用單機功率為3.0 MW的風電場無論是已建成的還是擬建的均較少。下面從不同角度分析了采用不同單機機型的特征。

1 風能資源

根據山西省風能資源分布和土地資源情況，山西省風電開發規劃涉及北部地區，山西中南部地區等11個市。其主要特點為:風能資源條件良好，各規劃風電場風功率密度等級均在2級以上，且風頻分布好，年有效風速小時數高，大部分區域70 m高度年有效風速小時達6 000 h左右;各規劃風電場50年一遇最大風速一般小于37.5 m/s，風電場安全等級為IECⅡ～IECⅢ，適合選擇高效能風力發電機組;區域地質構造穩定，擬選場址多為荒山和荒地，不僅有利于風電場的成片規?；_發和送出電網配套，而且土地利用矛盾少，效率高。根據三種機型的特點，一般情況均可與當地風能資源匹配。

2 土地利用和環境保護

對于總裝機容量一定的風電場，采用的單機功率越大，意味著風機數量越少。例如風電場總裝機容量為48 MW，應建設單機功率為1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW分別為32臺，24臺和16臺。

風電場建設對生態環境的破壞主要體現在風機、場內施工檢修道路、集電線路占地對地表植被、野生動物等的影響。對于單個風機而言，隨著功率的增加占地面積也略有增加，由于選用大功率的風機數量上較選用小功率的風機少，因此，對于選用不同單機類型的風場總體而言，選用大單機功率風機占地是最少的。

風電場施工檢修道路和集電線路往往是在風電場建設時對生態影響最大的因素，因為檢修道路和集電線路需要在各個風機機位之間連接，且道路的寬度必須滿足機械設備對風機運輸的要求。一般而言，在復雜的山脊型風電場中，機組間距的加大會造成機組間電纜長度、道路長度、電量損耗的增加，進而影響項目的經濟性，較少數量的風電機組通常意味著較少的場內檢修道路和集電線路。

因此，對于總裝機容量一定的風電場，選取大單機功率機型時風機占地、場內施工檢修道路、集電線路占地均是最小的，進而造成風場內生態環境破壞量通常也會更小。

例如，華能風力發電公司在繁峙縣曾規劃建設一期49.5 MW風電場，規劃建設單機容量1.5 MW風機33臺，項目尚未開工建設，后來從減少土地占用，減小環境影響，并能充分利用當地的風資源的角度考慮，在一期風電場容量不變的條件下，將原來計劃建設的33臺單機為1.5 MW風機變更為30臺單機為1.65 MW風機，縮減了風電場的范圍，減少了工程占地。變更前后占地對比情況見表1。

表1 華能風力發電公司繁峙風電一期工程占地情況對比

由表1可知，由于風機臺數減少，相應風機占地、場內集電線路占地、施工檢修道路占地均較變更前減少。

又如，大唐左權縣某風電場工程在可研初期階段擬定的裝機方案為安裝單機容量1.5 MW風力發電機組33臺，總裝機容量49.5 MW，風機分別布置于風場東部和西部的兩道山梁上，占地面積相對較大。后經多次現場踏勘與調查發現風場西部的山梁植被生長茂密，有成片的喬木林分布，布置風機將會占用較大面積的成林地，而東部的山梁則植被相對較稀疏，基本沒有喬木林分布，較適合布置風機，鑒于此種情況，建設單位提出了替代方案，將裝機方案變更為安裝單機容量3.0 MW風力發電機組16臺，總裝機容量48 MW，將風機全部布置于東部的山梁上，以避免占用大量的成林地，減小對生態環境的破壞。

替代方案提出后，原33臺風機的西側涉及占用油松和遼東櫟林的風電機組全部移除，替代方案中風機均位于風電場東側山梁，風機、道路及集電線路的建設將不再占用保護對象油松和遼東櫟林。替代方案選擇單機容量3.0 MW的機組，雖然增大了設備進場運輸和施工難度，增加了施工檢修道路寬度，但從生態擾動范圍考慮，減少了永久占地25 460 m2、臨時占地43 628 m2;避免了永久占用保護對象油松和遼東櫟林10 160 m2、臨時占用華北落葉松林25 808 m2，大幅減少了項目建設的生態擾動范圍，減輕了對保護對象油松和遼東櫟林及其森林生態系統的影響。

3 設備的運輸條件

山西省山區地形梯度變化較大，風機均處在山梁上且多為單排布置，受溝谷走向及地形條件的影響較大。1.5 MW和2.0 MW型機組的風輪直徑通常在80 m～90 m，輪轂高度一般為65 m～80 m;3.0 MW型機組的風輪直徑通常在110 m以上，輪轂高度在90 m以上。單機功率較大型機組對設備的進場運輸道路提出了更高的要求，對于山體轉彎半徑較小或山體坡度較大的路段運輸大型風機較為困難。即要求更大的轉彎半徑，這往往成為山區丘陵型風電場建設的較大限制因素。

大功率型風機擁有更大的體積及重量，也需要更大的運輸設施和吊裝設備。風場大多機位均布置于相對高點的山包上，風機施工時需平整出相對較大的場地以供風機施工及吊裝，大功率機型相對小機型也需要更大的吊裝場地。結合已建風場的施工經驗，對于山區風場，無論從風場道路施工或是風機吊裝考慮選用小機型風機可以減少工程施工難度。

例如，華能風力發電公司神池縣某風電場擬采用單機為1.5 MW功率的風電機組，而沒有采用更大功率的機組主要和當地風能和運輸條件有關，主要包括以下方面:

1)神池地區極限風速大，根據預測80 m高極限風速為45 m/s，考慮到風電場的安全運行，不適合使用大功率風機。2)場址條件能夠滿足1.5 MW機組對于設備運輸和安裝的相關要求，減少臨時占地面積，可以有效降低工程造價、降低工程風險、保證施工安全。a.運輸公路中共有幾處過水路面，整條路線上90°彎角多處(2.0 MW和3.0 MW風機葉片過長，90°彎道阻礙了風機葉片的運輸)。b.現有道路按照鄉級公路標準修建的，承重能力有限，2.0 MW和3.0 MW風機機組自身重量過大，易壓壞路面。

4 經濟效益及技術成熟度

大功率機型風電機組的單位機組投資較大，但同等規模下建設數量少，總投資和總發電量與小功率機型相差不大，因此總裝機容量一定的風電場不同功率機型在建設期、建成后的經濟成本、效益區別不大。但考慮到目前國內主流風電機組生產廠家對單機1.5 MW和2.0 MW容量的風電機組生產已成熟，各地也已普遍投入安裝運行，而國內3.0 MW型機組國內市場雖然日趨成熟，但在山西應用仍較少。

5 結語

1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW三種不同機型在風能資源上均適用于山西的山區風場。對于總裝機容量一定的風電場，選取大單機功率機型對風場內生態環境破壞量通常也會更小，而從風場道路施工或是風機吊裝考慮選用小機型風機可以減少工程施工難度，風電場選用不同功率機型在建設期、建成后的經濟成本、效益區別不大。對于山西省風電場，選用2.0 MW單機功率的風機仍是目前的主流趨勢。