王健

（西北勘測設計研究院, 西安 710065）

陜西郝灘分散式風電場開發(fā)淺析

王健

（西北勘測設計研究院, 西安 710065）

歐盟、美國在分散式風電方面取得了令人矚目的成就[1]，積極發(fā)展分散式風電是我國今后風電發(fā)展的一個新方向。本文介紹了分散式風電場及其優(yōu)勢，并對華能新能源陜西定邊郝灘分散式風電場的風能資源進行了簡要分析，希望對分散式風電場開發(fā)提供一些幫助。

分散式風電場；風能資源；機組選型

0 引言

近年，我國風電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，風能資源豐富的“三北”及東部沿海地區(qū)風電裝機容量增長迅速，風電消納難題日益嚴峻[2]。2011 年，國家能源局通過發(fā)布《分散式接入風電項目開發(fā)建設指導意見》，對分散式風電項目的定義、核準審批、項目規(guī)模等做了較為明確的要求。這意味著我國的風電發(fā)展戰(zhàn)略將由主要發(fā)展大型風電基地轉(zhuǎn)為大型風電基地與分散式開發(fā)并舉的新階段[3]。

1 分散式風電場的含義

根據(jù)國家能源局印發(fā)的相關(guān)通知，分散式風電場的定義如下：分散式接入風電項目是指位于負荷中心附近,不以大規(guī)模遠距離輸送電力為目的,所產(chǎn)生的電力就近接入當?shù)仉娋W(wǎng)進行消納的風電項目。

分散式接入風電項目應具備以下條件：

(1)利用電網(wǎng)現(xiàn)有的變電站和送出線路，不新建送出線路和輸變電設施；

(2)接入當?shù)仉娏ο到y(tǒng)110千伏或66千伏以下降壓變壓器；

(3)項目單元裝機容量原則上不大于所接入電網(wǎng)現(xiàn)有變電站的最小負荷，鼓勵多點接入；

(4)項目總裝機容量低于5萬千瓦。

2 分散式風電場的優(yōu)勢

（1）響應國家節(jié)能減排號召，因地制宜，優(yōu)化區(qū)域能源結(jié)構(gòu)。風電是綠色能源，我國電力能源以火電、水電為主，大力發(fā)展風電等綠色新能源，每發(fā)1kWh電，可節(jié)約煤炭資源320g，同時可以減少各類污染氣體的排放，為社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供新動力。

（2）減小由于大規(guī)模風電接入對電網(wǎng)的沖擊和影響，降低電網(wǎng)調(diào)度難度[4]。過去5年，我國建成了多個千萬千瓦級風電基地，但是由于風能本身的隨機性、間歇性和可預測性低，加上電網(wǎng)規(guī)劃和建設相對滯后，大規(guī)模風電接入對當?shù)仉娋W(wǎng)甚至更大區(qū)域電網(wǎng)還存在很多問題。近幾年，棄風限電已經(jīng)成為影響風電發(fā)展的一個瓶頸，分散式風電可以減少此類影響。

（3）就近直接配入電網(wǎng)，減少了電能輸送環(huán)節(jié)的能量損失，提高能源利用效率，促進負荷中心經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

（4）降低成本，分散電網(wǎng)的事故風險并緩解消納瓶頸，適合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)好、土地資源有限的地區(qū)。

3 國內(nèi)已建成的分散式風電場情況

分散式風電是我國風電發(fā)展的一個新方向，相對經(jīng)驗較多的歐美市場，國內(nèi)目前尚處于起步階段。據(jù)筆者了解，我國目前已建成的分散式風電場有中廣核哈密地區(qū)69MW風電場[3]和華能陜西定邊狼兒溝分散式風電場。

華能陜西定邊狼兒溝分散式風電場位于陜西省定邊縣城東南約15km的賀圈鎮(zhèn)狼兒溝村，場址區(qū)海拔高度在1500m－1550m之間，為黃土高原北部的黃土低崗斜坡，風電場65m高度年平均風速6.54m/s，風功率密度為304W/m2。該風電場裝機9MW，安裝6臺1500kW風電機組，設計年利用小時數(shù)1882h，運行電網(wǎng)為榆林西部電網(wǎng)，歸屬陜西省地方電力(集團)有限公司，最大運行負荷約350MW，依靠寧東電網(wǎng)送入四回110kV線路供電。狼兒溝分散式風電場年實際利用小時數(shù)超過2300h，效益良好。

目前，包括新疆、云南、貴州、重慶等很多省區(qū)都在積極發(fā)展分散式風電，2013年7月，貴州省簽約了總裝機量為1200MW的90個特許經(jīng)營權(quán)風電項目。由于分散式風電本身的特點，隨著風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的健全，我國今后將會建成更多的分散式風電場。

4 陜西定邊郝灘分散式風電場

4.1 區(qū)域風資源特點及電力系統(tǒng)概況

陜西省目前已查明的風能資源較豐富區(qū)域主要位于陜北黃土高原長城沿線區(qū)域，即定邊縣、靖邊縣、橫山縣、榆陽區(qū)、神木縣；榆林市南部、延安市北部地區(qū)為風能資源次豐富區(qū)；此外，渭北高海拔區(qū)域和秦巴山區(qū)高海拔區(qū)域也存在局部風能資源可利用區(qū)。

陜北黃土高原長城沿線區(qū)域風能資源可利用面積較大，70m高度年平均風速在6m/s－7m/s之間，是陜西省風能資源最為豐富的地區(qū)。定邊縣屬風能資源2級地區(qū)，其70m高度實測年平均風速在5.6 m/s－6.9m/s之間，最多風向主要分布在SSE-SSW區(qū)間，年平均風功率密度在176W/ m2－290W/m2，年有效風速時數(shù)多大于6500h，屬風能資源可利用區(qū)。

陜西電網(wǎng)是西北電網(wǎng)的重要組成部分，位于西北電網(wǎng)的東部，以330kV輸電網(wǎng)為主網(wǎng)架，以110kV為配電網(wǎng)（系統(tǒng)內(nèi)有少量220kV電網(wǎng)）。屬于比較典型的以燃煤火電為主的電網(wǎng)。關(guān)中地區(qū)電網(wǎng)集中分布了全省接近90%的火電電源容量，水電則集中分布在陜南。

考慮定邊縣風能資源和陜西電網(wǎng)特點，在定邊開發(fā)分散式風電場，可以有效地利用該地區(qū)風能資源，為陜西電網(wǎng)提供新的電源，減少關(guān)中電網(wǎng)火電輸送至陜北電網(wǎng)的能量損失，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

4.2 陜西定邊郝灘分散式風電場概況

郝灘分散式風電場位于陜西省定邊縣郝灘鄉(xiāng)，東經(jīng)108°07′21″－108°11′00″，北緯37°28′00″－37°29′16″之間，風電場面積約9.7km2，場址位置如圖1。風電場裝機容量10MW，設計安裝5臺2000kW的風力發(fā)電機組，場址南側(cè)3km處有一座7246#測風塔，風電場可就近接入西北約10km的安邊升壓站，該升壓站有35kV的預留間隔，所發(fā)電量可在當?shù)叵{，符合分散式風電場開發(fā)建設條件。風電場北側(cè)距307國道2km，定邊縣內(nèi)青銀高速、S303省道縱橫交錯，對外交通較為便利。

4.3 風電場風能資源分析

根據(jù)風場附近7246#測風塔資料分析，該風電場的主風向和主風能方向為南(S)風，次風向和次風能方向為南西南(SSW)，盛行風向穩(wěn)定。風速春季大，夏秋季小。該風電場80m高度年有效風速時數(shù)為7196h，風速頻率主要集中在3.0m/s－10.0m/s，無破壞性風速，風速年內(nèi)變化小，全年均可發(fā)電。

用WAsP10.0軟件推算得到80m高度年平均風速為5.96m/s，平均風功率密度為211W/m2，威布爾參數(shù)A=6.70，k=2.04；50m高度年平均風速為5.31m/s，平均風功率密度為146W/m2，威布爾參數(shù)A=6.00，k=2.12。根據(jù)《風電場風能資源評估方法》判定，該風電場風功率密度為1級。

圖1 華能郝灘分散式風電場場址位置圖

根據(jù)定邊氣象站計算50年一遇的最大風速為34.79m/s，小于37.5m/ s。60m－90m高度15m/s風速段湍流強度介于0.106－0.125之間。根據(jù)IEC61400－1(2005)標準判定，該風電場可選用適合IECⅢb及以上安全等級的風電機組。

4.4 風電機組選型及發(fā)電量計算

該風電場年平均風速較小，風電機組輪轂高度80m處年平均風速為5.96m/s，為提高發(fā)電效率，有效利用本風電場風能資源，擬選用大葉片低風速風電機組。近年來，低風速機組發(fā)展很快，國內(nèi)各大主流風電機組廠商均已開發(fā)出大葉片、高輪轂適合低風速（小于6m/s）地區(qū)的機組，主要機型有金風GW93/87－1500kW、華銳SL89－1500kW、SL110－2000kW、國電聯(lián)合動力UP93/97－1500kW、UP105－2000kW、東汽FD108－2000kW、海裝102/111-－2000kW、上海電氣W105/111－2000kW、遠景EN93－1500kW、明陽MY110/104－2000kW、南車WT110－2000kW等機型。其中金風、遠景和上汽的部分低風速機型已投產(chǎn)。

通常提高機組出力的方法很多，但在低風速區(qū)域，年平均風速較低，破壞性風速較小，風電機組的安全性要求較低。在這種風況下，增加葉片長度，提高單臺機組吸收的能量，成為主機廠商的普遍方法。

通過對比風電機組的掃風面積與功率比（見表1），可以看出，目前市場上低風速機型的掃風面積與功率比均大于4，有的甚至接近5，相比之下，傳統(tǒng)機組的掃風面積功率比在3左右。顯而易見，低風速風電機組單位千瓦的掃風面積更大，吸收的風能更多，更有利于低風速區(qū)域。

表1 各風電機組參數(shù)及發(fā)電量比較表

郝灘風電場內(nèi)地形平坦，海拔1400m－1500m，主風能方向為南(S)風，次主風向和次主風能方向一致均為南西南(SSW)，盛行風向穩(wěn)定，采用垂直于主風向南風（S）一排布置5臺2000kW風電機組?？紤]道路、電氣線路投資，并避開場內(nèi)兩條沖溝，本次微觀選址方案設計采用風電機組間距為4D。各機組參數(shù)及發(fā)電量比較見表1。

由表1可以看出，掃風面積功率比較大的機型，年利用小時數(shù)較多，風能利用率較高，適合該風電場使用，以提高發(fā)電量，增加投資利潤。同時，該風電場內(nèi)地形平坦，運輸條件較好，便于大型運輸、裝卸車輛進入，因此推薦該風電場采用方案1。

5 結(jié)論和展望

（1）陜北黃土高原區(qū)域風能資源較為豐富，但由于高原地形復雜，許多風能資源較好的區(qū)域均是農(nóng)田、森林、墳墓、油井等，集中式風電開發(fā)土地面積有限，并且送出消納困難，分散式風電開發(fā)有效的解決了這些問題，是今后風電發(fā)展的一個方向，并為其他地區(qū)風電發(fā)展提供了一些經(jīng)驗。

（2）對于一些低風速、靠近負荷中心的地區(qū)，采用大葉片、掃風面積功率較大的低風速型風電機組，可以有效的提高風能利用率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進地方經(jīng)濟發(fā)展。

（3）若風切變指數(shù)為正，通過增高風電機組輪轂高度在一定程度上可增大風速，提高機組發(fā)電量。但同時也增加了塔筒、運輸?shù)韧顿Y成本，需作進一步綜合比較和分析，本文未對此類問題進行分析。

[1] 于海洋,武國良,陳光,徐明宇,陳曉光,曲義.國外分散式風力發(fā)電政策研究及對中 國的啟示[J].黑龍江電力,2013,35(3):236-238.

[2] 王彩霞,李瓊惠.促進我國分散式風電發(fā)展的政策研究[J].風能,2013(9),46-52.

[3] 時璟麗.我國可再生能源發(fā)展綜述[J].自動化博覽,2013(6),28-32.

[4] 范必.促進風電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的思考[J].中國能源,2009,7-10.

[5] 沈漢琴, 黃山峰.基于分散式風電的集控方案設計與實施[J].太陽 能,2013(13):22-25.

A Simple Analysis on Decentralized Wind Farm Development in Haotan

Wang Jian
（XiBei Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065, China）

The European Union and the United States have aThained great achivement[1]in the feld of decentralized wind power, which ofers a new arena for China's wind power development in the future. This paper introduces the basic knowledge about decentralized wind farm, and analyzes the wind resources of Haotan decentralized wind farm, a project of Huaneng Renewables Corporation Ltd.,in Dingbian county,Shaanxi province. This may ofer some help for further development of decentralized wind farm.

decentralized wind farm; wind energy resources; wind turbine generator selection

TM614

A

1674-9219（2013）12-0054-04

2013-10-22。

王健(1984- )，男，碩士研究生，助理工程師，目前就職于西北勘測設計研究院風力發(fā)電設計分院，主要研究方向為風能資源分析。