王浩宇 王三平 韓 震 鞏鑫磊

(中國(guó)輻射防護(hù)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(fā)電為主，由此帶來(lái)的問(wèn)題是煤炭資源消耗量大，燃煤排放的SO2、煙塵、氮氧化物對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)因燃煤發(fā)電需水量大，加劇了地區(qū)干旱缺水的緊張局面。風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保的能源，基本不存在環(huán)境污染，在山西風(fēng)力資源豐富的地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，可減少對(duì)煤炭和水資源的消耗，保護(hù)環(huán)境，有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)山西省發(fā)展和改革委員會(huì)制定的《山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃》，山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃總裝機(jī)容量為3 000萬(wàn)kW，其中“十二五”(2011年～2015年)期間共規(guī)劃風(fēng)電裝機(jī)容量為1 200萬(wàn)kW，“十三五”(2016年 ～2020年)期間共規(guī)劃風(fēng)電裝機(jī)容量為1 800萬(wàn)kW。

目前山西省已建成的風(fēng)電場(chǎng)大都采用單機(jī)功率為1.5 MW及以下的機(jī)型，擬建的風(fēng)電場(chǎng)大都采用單機(jī)功率為2.0 MW的機(jī)型，而采用單機(jī)功率為3.0 MW的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)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(jī)機(jī)型的特征。

1 風(fēng)能資源

根據(jù)山西省風(fēng)能資源分布和土地資源情況，山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃涉及北部地區(qū)，山西中南部地區(qū)等11個(gè)市。其主要特點(diǎn)為:風(fēng)能資源條件良好，各規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率密度等級(jí)均在2級(jí)以上，且風(fēng)頻分布好，年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)高，大部分區(qū)域70 m高度年有效風(fēng)速小時(shí)達(dá)6 000 h左右;各規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)50年一遇最大風(fēng)速一般小于37.5 m/s，風(fēng)電場(chǎng)安全等級(jí)為IECⅡ～I(xiàn)ECⅢ，適合選擇高效能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，擬選場(chǎng)址多為荒山和荒地，不僅有利于風(fēng)電場(chǎng)的成片規(guī)?；_發(fā)和送出電網(wǎng)配套，而且土地利用矛盾少，效率高。根據(jù)三種機(jī)型的特點(diǎn)，一般情況均可與當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源匹配。

2 土地利用和環(huán)境保護(hù)

對(duì)于總裝機(jī)容量一定的風(fēng)電場(chǎng)，采用的單機(jī)功率越大，意味著風(fēng)機(jī)數(shù)量越少。例如風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為48 MW，應(yīng)建設(shè)單機(jī)功率為1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW分別為32臺(tái)，24臺(tái)和16臺(tái)。

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、場(chǎng)內(nèi)施工檢修道路、集電線路占地對(duì)地表植被、野生動(dòng)物等的影響。對(duì)于單個(gè)風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)數(shù)量上較選用小功率的風(fēng)機(jī)少，因此，對(duì)于選用不同單機(jī)類型的風(fēng)場(chǎng)總體而言，選用大單機(jī)功率風(fēng)機(jī)占地是最少的。

風(fēng)電場(chǎng)施工檢修道路和集電線路往往是在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)時(shí)對(duì)生態(tài)影響最大的因素，因?yàn)闄z修道路和集電線路需要在各個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)位之間連接，且道路的寬度必須滿足機(jī)械設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)輸?shù)囊?。一般而言，在?fù)雜的山脊型風(fēng)電場(chǎng)中，機(jī)組間距的加大會(huì)造成機(jī)組間電纜長(zhǎng)度、道路長(zhǎng)度、電量損耗的增加，進(jìn)而影響項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，較少數(shù)量的風(fēng)電機(jī)組通常意味著較少的場(chǎng)內(nèi)檢修道路和集電線路。

因此，對(duì)于總裝機(jī)容量一定的風(fēng)電場(chǎng)，選取大單機(jī)功率機(jī)型時(shí)風(fēng)機(jī)占地、場(chǎng)內(nèi)施工檢修道路、集電線路占地均是最小的，進(jìn)而造成風(fēng)場(chǎng)內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞量通常也會(huì)更小。

例如，華能風(fēng)力發(fā)電公司在繁峙縣曾規(guī)劃建設(shè)一期49.5 MW風(fēng)電場(chǎng)，規(guī)劃建設(shè)單機(jī)容量1.5 MW風(fēng)機(jī)33臺(tái)，項(xiàng)目尚未開工建設(shè)，后來(lái)從減少土地占用，減小環(huán)境影響，并能充分利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)資源的角度考慮，在一期風(fēng)電場(chǎng)容量不變的條件下，將原來(lái)計(jì)劃建設(shè)的33臺(tái)單機(jī)為1.5 MW風(fēng)機(jī)變更為30臺(tái)單機(jī)為1.65 MW風(fēng)機(jī)，縮減了風(fēng)電場(chǎng)的范圍，減少了工程占地。變更前后占地對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 華能風(fēng)力發(fā)電公司繁峙風(fēng)電一期工程占地情況對(duì)比

由表1可知，由于風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)減少，相應(yīng)風(fēng)機(jī)占地、場(chǎng)內(nèi)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(quán)縣某風(fēng)電場(chǎng)工程在可研初期階段擬定的裝機(jī)方案為安裝單機(jī)容量1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組33臺(tái)，總裝機(jī)容量49.5 MW，風(fēng)機(jī)分別布置于風(fēng)場(chǎng)東部和西部的兩道山梁上，占地面積相對(duì)較大。后經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)踏勘與調(diào)查發(fā)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)西部的山梁植被生長(zhǎng)茂密，有成片的喬木林分布，布置風(fēng)機(jī)將會(huì)占用較大面積的成林地，而東部的山梁則植被相對(duì)較稀疏，基本沒(méi)有喬木林分布，較適合布置風(fēng)機(jī)，鑒于此種情況，建設(shè)單位提出了替代方案，將裝機(jī)方案變更為安裝單機(jī)容量3.0 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組16臺(tái)，總裝機(jī)容量48 MW，將風(fēng)機(jī)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(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

替代方案提出后，原33臺(tái)風(fēng)機(jī)的西側(cè)涉及占用油松和遼東櫟林的風(fēng)電機(jī)組全部移除，替代方案中風(fēng)機(jī)均位于風(fēng)電場(chǎng)東側(cè)山梁，風(fēng)機(jī)、道路及集電線路的建設(shè)將不再占用保護(hù)對(duì)象油松和遼東櫟林。替代方案選擇單機(jī)容量3.0 MW的機(jī)組，雖然增大了設(shè)備進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸和施工難度，增加了施工檢修道路寬度，但從生態(tài)擾動(dòng)范圍考慮，減少了永久占地25 460 m2、臨時(shí)占地43 628 m2;避免了永久占用保護(hù)對(duì)象油松和遼東櫟林10 160 m2、臨時(shí)占用華北落葉松林25 808 m2，大幅減少了項(xiàng)目建設(shè)的生態(tài)擾動(dòng)范圍，減輕了對(duì)保護(hù)對(duì)象油松和遼東櫟林及其森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。

3 設(shè)備的運(yùn)輸條件

山西省山區(qū)地形梯度變化較大，風(fēng)機(jī)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(jī)組的風(fēng)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(jī)組的風(fēng)輪直徑通常在110 m以上，輪轂高度在90 m以上。單機(jī)功率較大型機(jī)組對(duì)設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆诽岢隽烁叩囊螅瑢?duì)于山體轉(zhuǎn)彎半徑較小或山體坡度較大的路段運(yùn)輸大型風(fēng)機(jī)較為困難。即要求更大的轉(zhuǎn)彎半徑，這往往成為山區(qū)丘陵型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的較大限制因素。

大功率型風(fēng)機(jī)擁有更大的體積及重量，也需要更大的運(yùn)輸設(shè)施和吊裝設(shè)備。風(fēng)場(chǎng)大多機(jī)位均布置于相對(duì)高點(diǎn)的山包上，風(fēng)機(jī)施工時(shí)需平整出相對(duì)較大的場(chǎng)地以供風(fēng)機(jī)施工及吊裝，大功率機(jī)型相對(duì)小機(jī)型也需要更大的吊裝場(chǎng)地。結(jié)合已建風(fēng)場(chǎng)的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于山區(qū)風(fēng)場(chǎng)，無(wú)論從風(fēng)場(chǎng)道路施工或是風(fēng)機(jī)吊裝考慮選用小機(jī)型風(fēng)機(jī)可以減少工程施工難度。

例如，華能風(fēng)力發(fā)電公司神池縣某風(fēng)電場(chǎng)擬采用單機(jī)為1.5 MW功率的風(fēng)電機(jī)組，而沒(méi)有采用更大功率的機(jī)組主要和當(dāng)?shù)仫L(fēng)能和運(yùn)輸條件有關(guān)，主要包括以下方面:

1)神池地區(qū)極限風(fēng)速大，根據(jù)預(yù)測(cè)80 m高極限風(fēng)速為45 m/s，考慮到風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行，不適合使用大功率風(fēng)機(jī)。2)場(chǎng)址條件能夠滿足1.5 MW機(jī)組對(duì)于設(shè)備運(yùn)輸和安裝的相關(guān)要求，減少臨時(shí)占地面積，可以有效降低工程造價(jià)、降低工程風(fēng)險(xiǎn)、保證施工安全。a.運(yùn)輸公路中共有幾處過(guò)水路面，整條路線上90°彎角多處(2.0 MW和3.0 MW風(fēng)機(jī)葉片過(guò)長(zhǎng)，90°彎道阻礙了風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)輸)。b.現(xiàn)有道路按照鄉(xiāng)級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)修建的，承重能力有限，2.0 MW和3.0 MW風(fēng)機(jī)機(jī)組自身重量過(guò)大，易壓壞路面。

4 經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)成熟度

大功率機(jī)型風(fēng)電機(jī)組的單位機(jī)組投資較大，但同等規(guī)模下建設(shè)數(shù)量少，總投資和總發(fā)電量與小功率機(jī)型相差不大，因此總裝機(jī)容量一定的風(fēng)電場(chǎng)不同功率機(jī)型在建設(shè)期、建成后的經(jīng)濟(jì)成本、效益區(qū)別不大。但考慮到目前國(guó)內(nèi)主流風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家對(duì)單機(jī)1.5 MW和2.0 MW容量的風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)已成熟，各地也已普遍投入安裝運(yùn)行，而國(guó)內(nèi)3.0 MW型機(jī)組國(guó)內(nèi)市場(chǎng)雖然日趨成熟，但在山西應(yīng)用仍較少。

5 結(jié)語(yǔ)

1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW三種不同機(jī)型在風(fēng)能資源上均適用于山西的山區(qū)風(fēng)場(chǎng)。對(duì)于總裝機(jī)容量一定的風(fēng)電場(chǎng)，選取大單機(jī)功率機(jī)型對(duì)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞量通常也會(huì)更小，而從風(fēng)場(chǎng)道路施工或是風(fēng)機(jī)吊裝考慮選用小機(jī)型風(fēng)機(jī)可以減少工程施工難度，風(fēng)電場(chǎng)選用不同功率機(jī)型在建設(shè)期、建成后的經(jīng)濟(jì)成本、效益區(qū)別不大。對(duì)于山西省風(fēng)電場(chǎng)，選用2.0 MW單機(jī)功率的風(fēng)機(jī)仍是目前的主流趨勢(shì)。