風電工程建設與設計需統籌把握的幾點內容探討

文／楊德清 喬兵 李威杰 李志剛 康智俊

風電工程建設與設計需統籌把握的幾點內容探討

文／楊德清 喬兵 李威杰 李志剛 康智俊

我國的風電產業發展較快，2012年，我國（臺灣地區除外）新增安裝風電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%。相比而言，風電工程發電系統組成及發電原理比較簡單，以一期新建裝機容量49.5MW、遠期裝機容量200MW的風電工程為例，可以概括為：“風電場內建設220kV 升壓站一座，風電機組所發電量以35kV電壓等級接入該升壓站，通過該升壓站匯集后接入電網。”但工程建設及設計所涉及的具體工作內容卻不少。同時，依據《政府核準的投資項目目錄》，風電項目實行核準制，遵循建設的基本程序，所以工程建設流程也不少。風電工程建設一般都是當年開工，當年投產，建設與設計要求的周期較短。

對于建設與參建各方來說，壓力都比較大。為了高效建設與設計一個優秀的風電工程，更需要把握風電工程的主要矛盾和風電工程概念設計，有所側重。本文重點分析與探討風電工程建設中涉及的幾點工作。

風能資源評價

根據我國投資管理體制和項目建設程序，工程項目周期劃分為：前期階段、準備階段、實施階段、運營階段。風能資源評價是在項目前期階段（初步可行性研究階段或可行性研究階段）重點論述及完成的工作。進入項目實施準備階段（施工圖階段）一般不再進行論述或復核工作。

根據《風電工程可行性研究報告編制辦法》，可行性研究階段風能資源評價應完成以下工作：按照國家標準《風電場風能資源評估方法》(GB/ T 18710－2002)及國家發改委下發的《風電場風能資源測量和評估技術規定》（發改能源[2003]1403號）要求，將訂正后的數據處理成評估風電場風能資源所需要的各種參數，包括不同時段的平均風速和風功率密度、風速頻率分布和風能頻率分布、風向頻率和風能密度方向分布等，并將處理好的各種風況參數繪制成圖形。按照國家標準《風電場風能資源評估方法》(GB/T 18710－2002)計算出預裝風電機組輪轂高度處代表年平均風速、平均風功率密度值和風功率密度等級等，按照國家標準《風力發電機組 安全要求》（GB 18451.1－2001）計算風電場預裝風電機組輪轂高度處湍流強度值和50年一遇10min平均最大風速，提出風電場場址風況對風電機組安全等級的要求，對風況特征和風能資源作出分析和評價。

風能資源評價工作專業性很強，都是由專業技術人員設計評價完成，之后由專門的評估機構負責風能資源的評估與把關。實施階段不建議深摳風能資源的評價過程及原理，否則不但費時費力也很難搞懂原理，對于風能資源建議把握幾個概念，如平均風速、風功率密度、有效風時數、風向穩定、風力集中、破壞風速小。建議熟悉風電場風能資源概況即可，建立起感性認識，感性評價風電場風能資源水平。例如：某風電場70m高度代表年年平均風速為7.1m/s，年平均風功率密度為411.2W/ m2，年有效風速小時數達7467h(3 m/s－25m/s)。80m輪轂高度處代表年年平均風速為7.2m/s，年平均風功率密度為430.4W/m2，年有效風速小時數達7494h(3 m/s－25m/s)。風電場所在區域風功率密度等級屬于3級，盛行247.5°－292.5°(WSWWNW)風，風向穩定，風能資源較好，具備較高的開發價值，適宜建設大型風電場。如圖1為某風電場風能資源分布圖。

圖1 某風電場風能資源分布圖

升壓匯集站場址選擇

場（廠）址選擇是一項政策性、科學性強，涉及面廣的綜合性技術經濟工作。場（廠）址選擇應多方案比較，依據地區規劃與產業布局，結合建設項目近期目標和長遠利益綜合分析，從中選擇符合國家政策，投資省、建設快、運營費低，經濟效益和環境效益好的場（廠）址。不同行業項目場（廠）址選擇需要研究的具體內容、方法和遵循的規程、規范不同。本文不再探討關于場（廠）址選擇問題。

在風電場場址確定后，升壓匯集站位置選擇就顯得十分重要，升壓匯集站位置的選擇將直接影響著風電工程的建設投資，甚至影響到未來的運營階段。風電場項目升壓站選址依據《變電站總布置設計技術規程》、《風電場工程可行性研究報告編制辦法》規定的內容進行。首先，設計單位應根據建設單位提供的本期風電場范圍及遠期的規劃范圍坐標，在1:50000地形圖上完成預選站址工作。接著，設計單位有關技術人員要會同建設單位有關技術人員對本工程的升壓站站址進行現場踏勘選址工作。最后，對風電場項目升壓站選址進行技術經濟比較。比較時，應根據風電機組優化后的坐標，綜合考慮集電線路的路徑、所址的標高要求、適宜的地質、地形和地貌條件以及風電場的規劃等要求，經技術經濟比較選擇最佳方案，確定升壓變電站的所址。對于風電場項目升壓站選址時應重點進行建設條件比較，包括：地理位置、土地資源、地勢條件、工程地質條件、土石方工程量條件、交通運輸條件、生活設施及協作條件等。升壓匯集站場址選擇建議從總體上進行把控，整體規劃、統籌兼顧。圖2為某風電場本期風電場范圍及分期建設規劃范圍和升壓站地理位置示意圖。

微觀選址

一、風電機組機型選擇

在風電場交通便利，風電機組技術可行、價格合理的條件下，單機容量越大，越有利于充分利用風電場土地和風力資源，整個項目的經濟性就越好。但對于一個特定的風電場，在現有的經濟、技術和國產化率條件下，單機容量選擇在某個確定的范圍內，項目的經濟性會相對更好。風電機組生產廠家是依照其技術能力和對市場的判斷、設計并生產一種或幾種機型，在經過一段時間運行檢驗后投入市場，使用有運行經驗的機型可以降低項目的建設風險。由于機型技術逐漸成熟，可以批量生產，價格也相對便宜。所以，在進行單機容量選擇時，首先確定一個適合于本項目的容量范圍，然后在該范圍內選擇一種技術成熟、市場業績良好、經濟性較好并且國產化率較高的機型。

根據中國可再生能源學會風能專業委員會2013年3月《2012 年中國風電裝機容量統計》，我國風電新增裝機容量排名前20的企業幾乎占據了國內98%的市場份額，其中金風科技新增風電裝機容量最多，達到2521.5MW，占據19.5%的市場份額。2012年，我國風電新增裝機容量排名前3的企業分別為金風科技、聯合動力和華銳風電。當然，進口機組也不錯，質量穩定，價格也相對較高。總之，能適應本風電場風況，滿足建設條件，發電穩定的機組就是合適的。機組機型選擇建議把握的概念：風電機組的趨勢（大容量、大槳葉、高輪轂），穩定、安全，機組功率曲線，機組低電壓穿越能力等。

圖2 某風電場本期風電場范圍及分期建設規劃范圍和升壓站地理位置示意圖

二、微觀選址及發電量估算

目前市場流行的用于風電機組優化布置、發電量計算的軟件主要包括windfarm、windpro，WASP，windsim和WT，其中windfarm與windpro軟件兼有風電機組優化布置和發電量計算功能，其他幾個軟件專注于發電量的計算。

根據《風力發電場設計技術規范》(DL/ T2383－2007)，風電機組在風電場內的布置，應根據場地的地形、地貌及場內已有設施的位置綜合考慮，充分利用場地范圍，選擇布置方式。風電機組布置盡量緊湊、規則、整齊，有一定規律，以方便場內配電系統的布置，減少輸電線路的長度。風電機組按照矩陣布置時，行必須垂直風能主導方向，同行風電機組之間距離不小于3D,行與行之間距離不小于5D,各列風電機組之間交錯布置。微觀選址也是一項專業性非常強的工作，都是由專業技術人員設計完成。微觀選址工作時建議把握的概念：布置（間距、地形高差、風向）、發電量。圖3為某風電場WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1風電機組5D布置圖。

升壓匯集站站內設計

一般情況下，任何一個有資質的電力設計院均能成功設計完成升壓匯集站站內的設計工作。總平面布置方案嚴格按照《變電站總布置設計技術規程》DL/T 5056－2007規定執行，在滿足規范及工藝要求的前提下，盡量壓縮站區用地。升壓站的總平面布置結合站區的總體規劃及電氣工藝要求進行布置。在滿足自然條件和工程特點的前提下，考慮安全、防火、衛生、運行檢修、交通運輸、環境保護、各建筑物之間的聯系等因素。設計時嚴格執行我國現行相關的標準、規程、規范，如：《35 kV－110kV變電站設計規范》GB50059-2011，《110（66）kV －220 kV智能變電站設計規范》Q/ GDW393－2009，《220 kV－750kV變電所設計技術規程》DL/T5218－2012，《建筑設計防火規范》GB50016－2006等。

圖3 某風電場WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1風電機組5D布置圖

圖4 融入地方民族建筑文化元素（山墻檐口）后的工業類建筑

另外，升壓站設計時，升壓站內的“主控樓”、“35kV屋內配電裝置室”等工業類建筑，是以滿足生產流程、使用要求、自然條件、周圍環境、建筑材料和建筑技術等因素，并結合工藝設計要求的建筑物。但是，此類建筑在不過多增加施工難度及工程造價的前提下，應適當融入一些地方民族建筑文化元素，使該類建筑物顯得不再呆板，同時也提升了整個升壓站的建筑品味。如圖4、圖5所示。

升壓站內設計時建議把握的概念：建筑風格、總平面布置、豎向布置、當地電網要求（接入系統、無功補償容量、低電壓穿越要求、并網點電壓和頻率指標、閃變、諧波、風電功率預測系統、自動電壓控制子站裝置AVC有功功率控制AGC、無功補償）等。

總結

建設一個能發電的風電場項目容易，但是，在短時間內建設一個科學合理、有品味的風電場項目并不容易。筆者認為，風電場工程建設也遵循“ 沒有最好，只有更好” 這樣的原則。通過一批批風電工程建設人的不斷努力，不斷探索總結和改進優化，我們未來的風電事業就會蒸蒸日上。

當然，不同的工作角色、工作立場，對于風電建設項目中所涉及的工作內容把握重點也各不相同，筆者水平有限，歡迎風電同行們一起分析探討風電工程建設的方方面面，為我們的風電工程建設事業積累寶貴的經驗。

(作者單位：楊德清、喬兵、李威杰：內蒙古電力勘測設計院；李志剛、康智俊：內蒙古華電玫瑰營風力發電有限公司)