文／楊德清 喬兵 李威杰 李志剛 康智俊

風(fēng)電工程建設(shè)與設(shè)計(jì)需統(tǒng)籌把握的幾點(diǎn)內(nèi)容探討

文／楊德清 喬兵 李威杰 李志剛 康智俊

我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，2012年，我國(guó)（臺(tái)灣地區(qū)除外）新增安裝風(fēng)電機(jī)組7872臺(tái)，裝機(jī)容量12960MW，同比下降26.5%；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53764臺(tái)，裝機(jī)容量75324.2MW，同比增長(zhǎng)20.8%。相比而言，風(fēng)電工程發(fā)電系統(tǒng)組成及發(fā)電原理比較簡(jiǎn)單，以一期新建裝機(jī)容量49.5MW、遠(yuǎn)期裝機(jī)容量200MW的風(fēng)電工程為例，可以概括為：“風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)220kV 升壓站一座，風(fēng)電機(jī)組所發(fā)電量以35kV電壓等級(jí)接入該升壓站，通過(guò)該升壓站匯集后接入電網(wǎng)。”但工程建設(shè)及設(shè)計(jì)所涉及的具體工作內(nèi)容卻不少。同時(shí)，依據(jù)《政府核準(zhǔn)的投資項(xiàng)目目錄》，風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)行核準(zhǔn)制，遵循建設(shè)的基本程序，所以工程建設(shè)流程也不少。風(fēng)電工程建設(shè)一般都是當(dāng)年開工，當(dāng)年投產(chǎn)，建設(shè)與設(shè)計(jì)要求的周期較短。

對(duì)于建設(shè)與參建各方來(lái)說(shuō)，壓力都比較大。為了高效建設(shè)與設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的風(fēng)電工程，更需要把握風(fēng)電工程的主要矛盾和風(fēng)電工程概念設(shè)計(jì)，有所側(cè)重。本文重點(diǎn)分析與探討風(fēng)電工程建設(shè)中涉及的幾點(diǎn)工作。

風(fēng)能資源評(píng)價(jià)

根據(jù)我國(guó)投資管理體制和項(xiàng)目建設(shè)程序，工程項(xiàng)目周期劃分為：前期階段、準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、運(yùn)營(yíng)階段。風(fēng)能資源評(píng)價(jià)是在項(xiàng)目前期階段（初步可行性研究階段或可行性研究階段）重點(diǎn)論述及完成的工作。進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)備階段（施工圖階段）一般不再進(jìn)行論述或復(fù)核工作。

根據(jù)《風(fēng)電工程可行性研究報(bào)告編制辦法》，可行性研究階段風(fēng)能資源評(píng)價(jià)應(yīng)完成以下工作：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》(GB/ T 18710－2002)及國(guó)家發(fā)改委下發(fā)的《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量和評(píng)估技術(shù)規(guī)定》（發(fā)改能源[2003]1403號(hào)）要求，將訂正后的數(shù)據(jù)處理成評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源所需要的各種參數(shù)，包括不同時(shí)段的平均風(fēng)速和風(fēng)功率密度、風(fēng)速頻率分布和風(fēng)能頻率分布、風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度方向分布等，并將處理好的各種風(fēng)況參數(shù)繪制成圖形。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》(GB/T 18710－2002)計(jì)算出預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度處代表年平均風(fēng)速、平均風(fēng)功率密度值和風(fēng)功率密度等級(jí)等，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 安全要求》（GB 18451.1－2001）計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度處湍流強(qiáng)度值和50年一遇10min平均最大風(fēng)速，提出風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址風(fēng)況對(duì)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)的要求，對(duì)風(fēng)況特征和風(fēng)能資源作出分析和評(píng)價(jià)。

風(fēng)能資源評(píng)價(jià)工作專業(yè)性很強(qiáng)，都是由專業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)完成，之后由專門的評(píng)估機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)風(fēng)能資源的評(píng)估與把關(guān)。實(shí)施階段不建議深摳風(fēng)能資源的評(píng)價(jià)過(guò)程及原理，否則不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力也很難搞懂原理，對(duì)于風(fēng)能資源建議把握幾個(gè)概念，如平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度、有效風(fēng)時(shí)數(shù)、風(fēng)向穩(wěn)定、風(fēng)力集中、破壞風(fēng)速小。建議熟悉風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源概況即可，建立起感性認(rèn)識(shí)，感性評(píng)價(jià)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源水平。例如：某風(fēng)電場(chǎng)70m高度代表年年平均風(fēng)速為7.1m/s，年平均風(fēng)功率密度為411.2W/ m2，年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)達(dá)7467h(3 m/s－25m/s)。80m輪轂高度處代表年年平均風(fēng)速為7.2m/s，年平均風(fēng)功率密度為430.4W/m2，年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)達(dá)7494h(3 m/s－25m/s)。風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域風(fēng)功率密度等級(jí)屬于3級(jí)，盛行247.5°－292.5°(WSWWNW)風(fēng)，風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)能資源較好，具備較高的開發(fā)價(jià)值，適宜建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)。如圖1為某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分布圖。

圖1 某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分布圖

升壓匯集站場(chǎng)址選擇

場(chǎng)（廠）址選擇是一項(xiàng)政策性、科學(xué)性強(qiáng)，涉及面廣的綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)工作。場(chǎng)（廠）址選擇應(yīng)多方案比較，依據(jù)地區(qū)規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)布局，結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目近期目標(biāo)和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益綜合分析，從中選擇符合國(guó)家政策，投資省、建設(shè)快、運(yùn)營(yíng)費(fèi)低，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益好的場(chǎng)（廠）址。不同行業(yè)項(xiàng)目場(chǎng)（廠）址選擇需要研究的具體內(nèi)容、方法和遵循的規(guī)程、規(guī)范不同。本文不再探討關(guān)于場(chǎng)（廠）址選擇問(wèn)題。

在風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)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(fēng)電工程的建設(shè)投資，甚至影響到未來(lái)的運(yùn)營(yíng)階段。風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目升壓站選址依據(jù)《變電站總布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、《風(fēng)電場(chǎng)工程可行性研究報(bào)告編制辦法》規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行。首先，設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)建設(shè)單位提供的本期風(fēng)電場(chǎng)范圍及遠(yuǎn)期的規(guī)劃范圍坐標(biāo)，在1:50000地形圖上完成預(yù)選站址工作。接著，設(shè)計(jì)單位有關(guān)技術(shù)人員要會(huì)同建設(shè)單位有關(guān)技術(shù)人員對(duì)本工程的升壓站站址進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘選址工作。最后，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目升壓站選址進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。比較時(shí)，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化后的坐標(biāo)，綜合考慮集電線路的路徑、所址的標(biāo)高要求、適宜的地質(zhì)、地形和地貌條件以及風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃等要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選擇最佳方案，確定升壓變電站的所址。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目升壓站選址時(shí)應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)條件比較，包括：地理位置、土地資源、地勢(shì)條件、工程地質(zhì)條件、土石方工程量條件、交通運(yùn)輸條件、生活設(shè)施及協(xié)作條件等。升壓匯集站場(chǎng)址選擇建議從總體上進(jìn)行把控，整體規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧。圖2為某風(fēng)電場(chǎng)本期風(fēng)電場(chǎng)范圍及分期建設(shè)規(guī)劃范圍和升壓站地理位置示意圖。

微觀選址

一、風(fēng)電機(jī)組機(jī)型選擇

在風(fēng)電場(chǎng)交通便利，風(fēng)電機(jī)組技術(shù)可行、價(jià)格合理的條件下，單機(jī)容量越大，越有利于充分利用風(fēng)電場(chǎng)土地和風(fēng)力資源，整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性就越好。但對(duì)于一個(gè)特定的風(fēng)電場(chǎng)，在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化率條件下，單機(jī)容量選擇在某個(gè)確定的范圍內(nèi)，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性會(huì)相對(duì)更好。風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家是依照其技術(shù)能力和對(duì)市場(chǎng)的判斷、設(shè)計(jì)并生產(chǎn)一種或幾種機(jī)型，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行檢驗(yàn)后投入市場(chǎng)，使用有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的機(jī)型可以降低項(xiàng)目的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。由于機(jī)型技術(shù)逐漸成熟，可以批量生產(chǎn)，價(jià)格也相對(duì)便宜。所以，在進(jìn)行單機(jī)容量選擇時(shí)，首先確定一個(gè)適合于本項(xiàng)目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術(shù)成熟、市場(chǎng)業(yè)績(jī)良好、經(jīng)濟(jì)性較好并且國(guó)產(chǎn)化率較高的機(jī)型。

根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)2013年3月《2012 年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)》，我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量排名前20的企業(yè)幾乎占據(jù)了國(guó)內(nèi)98%的市場(chǎng)份額，其中金風(fēng)科技新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多，達(dá)到2521.5MW，占據(jù)19.5%的市場(chǎng)份額。2012年，我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量排名前3的企業(yè)分別為金風(fēng)科技、聯(lián)合動(dòng)力和華銳風(fēng)電。當(dāng)然，進(jìn)口機(jī)組也不錯(cuò)，質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格也相對(duì)較高?？傊?，能適應(yīng)本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)況，滿足建設(shè)條件，發(fā)電穩(wěn)定的機(jī)組就是合適的。機(jī)組機(jī)型選擇建議把握的概念：風(fēng)電機(jī)組的趨勢(shì)（大容量、大槳葉、高輪轂），穩(wěn)定、安全，機(jī)組功率曲線，機(jī)組低電壓穿越能力等。

圖2 某風(fēng)電場(chǎng)本期風(fēng)電場(chǎng)范圍及分期建設(shè)規(guī)劃范圍和升壓站地理位置示意圖

二、微觀選址及發(fā)電量估算

目前市場(chǎng)流行的用于風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化布置、發(fā)電量計(jì)算的軟件主要包括windfarm、windpro，WASP，windsim和WT，其中windfarm與windpro軟件兼有風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化布置和發(fā)電量計(jì)算功能，其他幾個(gè)軟件專注于發(fā)電量的計(jì)算。

根據(jù)《風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》(DL/ T2383－2007)，風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的布置，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的地形、地貌及場(chǎng)內(nèi)已有設(shè)施的位置綜合考慮，充分利用場(chǎng)地范圍，選擇布置方式。風(fēng)電機(jī)組布置盡量緊湊、規(guī)則、整齊，有一定規(guī)律，以方便場(chǎng)內(nèi)配電系統(tǒng)的布置，減少輸電線路的長(zhǎng)度。風(fēng)電機(jī)組按照矩陣布置時(shí)，行必須垂直風(fēng)能主導(dǎo)方向，同行風(fēng)電機(jī)組之間距離不小于3D,行與行之間距離不小于5D,各列風(fēng)電機(jī)組之間交錯(cuò)布置。微觀選址也是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的工作，都是由專業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)完成。微觀選址工作時(shí)建議把握的概念：布置（間距、地形高差、風(fēng)向）、發(fā)電量。圖3為某風(fēng)電場(chǎng)WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1風(fēng)電機(jī)組5D布置圖。

升壓匯集站站內(nèi)設(shè)計(jì)

一般情況下，任何一個(gè)有資質(zhì)的電力設(shè)計(jì)院均能成功設(shè)計(jì)完成升壓匯集站站內(nèi)的設(shè)計(jì)工作。總平面布置方案嚴(yán)格按照《變電站總布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5056－2007規(guī)定執(zhí)行，在滿足規(guī)范及工藝要求的前提下，盡量壓縮站區(qū)用地。升壓站的總平面布置結(jié)合站區(qū)的總體規(guī)劃及電氣工藝要求進(jìn)行布置。在滿足自然條件和工程特點(diǎn)的前提下，考慮安全、防火、衛(wèi)生、運(yùn)行檢修、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、各建筑物之間的聯(lián)系等因素。設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范，如：《35 kV－110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50059-2011，《110（66）kV －220 kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》Q/ GDW393－2009，《220 kV－750kV變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5218－2012，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016－2006等。

圖3 某風(fēng)電場(chǎng)WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1風(fēng)電機(jī)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(yè)類建筑

另外，升壓站設(shè)計(jì)時(shí)，升壓站內(nèi)的“主控樓”、“35kV屋內(nèi)配電裝置室”等工業(yè)類建筑，是以滿足生產(chǎn)流程、使用要求、自然條件、周圍環(huán)境、建筑材料和建筑技術(shù)等因素，并結(jié)合工藝設(shè)計(jì)要求的建筑物。但是，此類建筑在不過(guò)多增加施工難度及工程造價(jià)的前提下，應(yīng)適當(dāng)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(shí)也提升了整個(gè)升壓站的建筑品味。如圖4、圖5所示。

升壓站內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)建議把握的概念：建筑風(fēng)格、總平面布置、豎向布置、當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)要求（接入系統(tǒng)、無(wú)功補(bǔ)償容量、低電壓穿越要求、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和頻率指標(biāo)、閃變、諧波、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)電壓控制子站裝置AVC有功功率控制AGC、無(wú)功補(bǔ)償）等。

總結(jié)

建設(shè)一個(gè)能發(fā)電的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目容易，但是，在短時(shí)間內(nèi)建設(shè)一個(gè)科學(xué)合理、有品味的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目并不容易。筆者認(rèn)為，風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)也遵循“ 沒有最好，只有更好” 這樣的原則。通過(guò)一批批風(fēng)電工程建設(shè)人的不斷努力，不斷探索總結(jié)和改進(jìn)優(yōu)化，我們未來(lái)的風(fēng)電事業(yè)就會(huì)蒸蒸日上。

當(dāng)然，不同的工作角色、工作立場(chǎng)，對(duì)于風(fēng)電建設(shè)項(xiàng)目中所涉及的工作內(nèi)容把握重點(diǎn)也各不相同，筆者水平有限，歡迎風(fēng)電同行們一起分析探討風(fēng)電工程建設(shè)的方方面面，為我們的風(fēng)電工程建設(shè)事業(yè)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

(作者單位：楊德清、喬兵、李威杰：內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院；李志剛、康智?。簝?nèi)蒙古華電玫瑰營(yíng)風(fēng)力發(fā)電有限公司)