文 | 黃冬明，張鐵，曹人靖，肖書敏

我國華南沿海區(qū)域是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，是用電大戶集中區(qū)域，在華南沿海區(qū)域大規(guī)模開發(fā)風電，有利于風電就近消納、保護環(huán)境、減少碳排放、加快經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型，進一步提升發(fā)達地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量。因此，“十三五”規(guī)劃明確表示，要加快開發(fā)中東部和南方地區(qū)陸上風資源開發(fā)，按照“就近接入、本地消納”的原則，發(fā)揮風資源分布廣泛和應用靈活的特點，在做好環(huán)境保護、水土保持和植被恢復工作的基礎上，加快中東部和南方地區(qū)陸上風資源規(guī)劃化開發(fā)。

然而，我國華南沿海區(qū)域是超強臺風頻繁登陸地區(qū)。超強臺風瞬間陣風風速超過51m/s，具有很強的破壞力，給風電機組和風電場設計帶來極大挑戰(zhàn)。因此，為加快發(fā)展我國華南沿海區(qū)域風力發(fā)展開發(fā)，必須對華南沿海區(qū)域的風資源和臺風特性進行研究，為華南沿海區(qū)域抗臺風風電機組選型提供理論依據(jù)。

本文基于我國華南沿海臺風地區(qū)數(shù)千臺抗臺風風電機組運營經(jīng)驗、登陸臺風數(shù)據(jù)積累和抗臺風電機組研發(fā)實踐，歸納了我國華南沿海臺風特性、低風速風資源特性和風電場規(guī)劃特點。以華南沿海湛江某典型抗臺風風電場為研究對象，考慮華南沿海區(qū)域的典型風資源特性，采用MY2.0-104-80（剛塔）、MY2.0-104-130（剛塔）和MY2.0-104-130（柔塔）三種機型對案例風電場進行總體設計，對比研究各機位風資源、發(fā)電量和經(jīng)濟性，為華南沿?？古_風低風速風電機組選型提供參考依據(jù)。

項目概述

一、風電場介紹

某100MW風電場位于華南湛江雷州市，場址東南側(cè)緊靠雷州市界，場址中心距離雷州市區(qū)約34km，距離徐聞縣城約43km，場址地理坐標介于東經(jīng)和北緯之間，場區(qū)面積約為90km2，場區(qū)地形為丘陵地形，場地高程在5m-80m之間，場內(nèi)主要經(jīng)濟作物為菠蘿、香蕉和甘蔗。風電場地理位置如圖1所示。

本項目場區(qū)屬熱帶海洋性季風氣候（北熱帶），冬無嚴寒，夏無酷暑，年平均溫度23攝氏度。工程區(qū)域南高北低，地形總體平緩，起伏不大，以石卯嶺和石板嶺為中心，向四周逐漸降低，最高點石卯嶺高程259.30m。工程區(qū)域地貌大部分為雷南火山熔巖臺地，小部分為雷州半島低山剝蝕丘陵，風電場地形和地貌如圖2所示。

圖1 典型風電場地理位置

圖2 風電場地形和地貌

二、測風塔概述

本風電場內(nèi)有3座測風塔分別為1865#、1867#和2436#，故利用該測風塔數(shù)據(jù)對風電場的風資源進行分析。測風塔的每個觀測儀器占用一個記錄通道，每個記錄通道都記錄10分鐘內(nèi)的平均值、標準差、最大值和最小值共四項，測風塔的基本信息如表1所示。

《風電場風能資源測量方法》（GB/T18709-2002）標準中要求現(xiàn)場連續(xù)測風的時間不應少于一年，數(shù)據(jù)有效完整率不能低于90%，按照規(guī)則進行冰凍數(shù)據(jù)、無效數(shù)據(jù)、傳感器故障數(shù)據(jù)的識別，并剔除無效的數(shù)據(jù)。測風塔進行無效數(shù)據(jù)剔除之后，為了獲得較高的測風數(shù)據(jù)覆蓋率，對各個測風塔數(shù)據(jù)進行插補處理。由于1867#測風塔100m高度風速的有效數(shù)據(jù)完整率較差，測風塔其他各通道高度的完整率較好，故1867#測風塔100m高度風速暫不考慮，采用1867#測風塔90m高度風速作為實測最高高度風數(shù)據(jù)。三座測風塔數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，都選取2013年5月10日到2014年5月10日時間段數(shù)據(jù)為完整年，有效數(shù)據(jù)完整率都在90%以上，滿足國家標準GB/T 18710-2002《風電場風能資源評估方法》關于數(shù)據(jù)完整性的要求，無需插補。

三、風資源概述

根據(jù)風電場測風塔的實測溫度和氣壓數(shù)據(jù)，推算的空氣密度結果如表2所示。

由可研報告提供的雷州市氣象站年平均溫度和氣壓推算的空氣密度約為1.187kg/m3，但是可研報告提出風電場測風塔氣壓計所測量的氣壓值均不符合合理范圍要求，故空氣密度需要根據(jù)雷州市氣象站觀測數(shù)據(jù)進行推算，參考可研報告暫取該風電場的空氣密度為 1.174kg/m3。

通過對本風電場測風塔數(shù)據(jù)分析，1865#、1867#和 2436#測 風 塔90m高度的年平均風速分別為6.17m/s、5.89m/s和 5.89m/s，風功率密 度分別為 240W/m2、196W/m2和 199W/m2；測風塔100m、90m處的湍流強度處于中等水平；測風塔處的綜合風切變較大，且風切變總體呈先增大后減小的趨勢，相對風切變值在90m高度處出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，故從機組安全性考慮，選用的輪轂高度應該避開90m高度；利用測風塔數(shù)據(jù)和0.250的風切變推測各測風塔輪轂高度80m處的年平均風速分別為5.833m/s、5.743m/s和5.682m/s，輪轂高度130m處的年平均風速分別為6.585m/s、6.484m/s和6.415m/s；根據(jù)長期MERRA數(shù)據(jù)分析可知，測風時間段近似為平風年，故暫不需要對測風數(shù)據(jù)進行修正；風電場輪轂高度50年一遇最大風速大于42.5m/s，該風電場的風況屬于IEC61400-1標準的I B類。

風電場方案

風電場建模時采用風資源軟件WindSim進行建模分析及發(fā)電量計算。根據(jù)測風塔實測的風資源情況和地形圖，推薦分別選用明陽智能MY2.0-104機型方案，輪轂高度分別為80m和130m，機型的總體參數(shù)如表3所示。

表1 測風塔架信息

表2 測風塔空氣密度

表3 機組總體參數(shù)表

根據(jù)可研報告提供的機位點坐標，經(jīng)現(xiàn)場勘查，將距離村莊、墳地和蝦塘較近的機位進行移除和調(diào)整，勘查機位的布局如圖3所示。

根據(jù)機位坐標進行分析可知，機位的最小間距為2.7倍MY2.0-104機型風輪直徑，最小間距的機位編號為MY25和MY33。

根據(jù)風電場實際情況，考慮風電機組尾流及其他各種因素折減計算年發(fā)電量。風電機組尾流折減由軟件直接計算得到。其他折減系數(shù)選取如表4所示。

根據(jù)業(yè)主提供的測風數(shù)據(jù)、下載地形圖、勘查機位，使用風電場空氣密度下的風電機組功率曲線和推力系數(shù)曲線，采用WindSim風資源軟件計算得到風電場年理論發(fā)電量，并考慮風電機組尾流及各種其他因素折減，得到風電場年凈發(fā)電量結果如表5所示。

圖3 風電機組位置布置圖

表5 風電場發(fā)電量結果匯總

經(jīng)濟性評價

經(jīng)測算該項目可采用明陽智能方案一——MY2.0-104/80抗臺風電機組型，項目投產(chǎn)后的年上網(wǎng)電量分別為17910萬千瓦時。方案二——MY2.0-104/130（柔性塔筒）抗臺風電機組型，項目投產(chǎn)后的年上網(wǎng)電量分別為23530萬千瓦時。方案三——MY2.0-104/130（鋼性塔筒）抗臺風電機組型，項目投產(chǎn)后的年上網(wǎng)電量分別為23530萬千瓦時。

表6 風電場經(jīng)濟性計算

項目財務評價計算期采用21年。工程建設第1年末風電機組全部安裝完畢，從第2年年初全部正常運行投產(chǎn)發(fā)電。

通過經(jīng)濟評價模型計算，三種方案各財務指標如表6所示。

經(jīng)測算該項目所得稅后總投資財務內(nèi)部收益率三個方案分別為6.95%、9.14%、8.2%，均高于《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版）中項目投資稅后財務內(nèi)部收益率為6.05%的基準總投資內(nèi)部收益率?？梢钥闯鲈诓豢紤]融資情況下，總投資收益很好，該風電項目都是可行的。

經(jīng)測算該項目資本金財務內(nèi)部收益率三個方案分別為10.75%、16.97%、14.5%，均高于《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版）中項目投資稅后財務內(nèi)部收益率為8%的基準資本金投資內(nèi)部收益率，從項目權益投資者角度看，三個方案在選定的等額本金方案下還款方式的資本金財務效益較好，項目權益投資者收益率都較高。綜合考慮技術可行性、先進性和風電場綜合效益，柔性塔架在我國華南沿海低風速抗臺風區(qū)域優(yōu)勢明顯。

結論

基于華南沿海數(shù)十個抗臺風風電場上千臺風電機組運行數(shù)據(jù)獲得的臺風特性，選擇廣東湛江某典型低風速抗臺風風電場為研究對象，對我國華南沿?？古_風風電場風資源特性進行研究，對風電場進行了總體設計?；陲L電場總體設計，采用行業(yè)通用的技術經(jīng)濟性計算方法，分析不同機組選型方案的技術經(jīng)濟性，獲得各方案盈利能力分析結果。采用明陽智能三種方案（方案一——MY2.0-104/80抗臺風電機組型、方案二——MY2.0-104/130柔性塔筒抗臺風電機組型、方案三——MY2.0-104/130鋼性塔筒抗臺風電機組型），盈利能力、償債能力、生存能力、抗風險能力各項經(jīng)濟性指標都較好，經(jīng)濟性都是可行的。但綜合考慮技術可行性、先進性和風電場綜合效益，柔性塔架在我國華南沿海低風速抗臺風區(qū)域優(yōu)勢明顯。