文 | 肖書敏，李小倩

對于復(fù)雜地形下的低風速風電場來說，機位排布恰當與否直接影響項目建成投產(chǎn)后的風能資源利用率、風電場年發(fā)電量、項目收益等。如何實現(xiàn)在低風速復(fù)雜山地風電場中用更少的投資獲得更大的收益是一個值得深入探究的問題，而微觀選址是風電機組排布過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在微觀選址過程中不斷優(yōu)化方案可降低風電場的投資，提升整個項目的收益率。本文以一個南方低風速復(fù)雜山地風電場為例，通過在微觀選址過程中不斷精耕細作，多方案比選，鎖定最優(yōu)排布方案，從而降低整個項目的投資，提升收益率。

微觀選址方案及布機原則

風電場微觀選址工作涉及了氣象、地質(zhì)、交通、電力等諸多領(lǐng)域，在微觀選址之前要根據(jù)風電場的風能資源條件初步排布機位，明確風電機組布置原則。根據(jù)《風電場工程規(guī)劃報告編制辦法》《風電場場址選擇技術(shù)規(guī)定》及近年來編制的項目建議書、可研報告、初設(shè)報告的相關(guān)經(jīng)驗，在進行風電場的設(shè)計及建設(shè)前，為便于今后的設(shè)計、建設(shè)工作順利開展，需落實如下建場條件：

（1）礦藏分布圖：是否存在壓覆礦及采空區(qū)；（2）所在區(qū)域土地屬性分布（基本農(nóng)田、一般農(nóng)田、荒地、草地、林地等）；（3）所在區(qū)域及其附近地上、地下文物分布；（4）所在區(qū)域交通（公路）現(xiàn)狀圖及規(guī)劃資料；（5）所在區(qū)域旅游區(qū)、景點相關(guān)資料；（6）所在區(qū)域自然保護區(qū)、候鳥遷徙路線相關(guān)資料；（7）所在區(qū)域軍事設(shè)施分布情況；（8）所在區(qū)域民居分布情況；（9）所在區(qū)域電力線路、設(shè)施分布情況。

在落實建場條件之后，即可在排除以上限制性因素的區(qū)域內(nèi)進行機位排布。風電場通過風電機組把風能轉(zhuǎn)化為電能，風流經(jīng)過葉輪后速度下降并產(chǎn)生紊流，在沿著風向經(jīng)過一定距離之后風速才會恢復(fù)。因此，在布置風電機組時，應(yīng)使沿著主導(dǎo)風能的風電機組距離越大越好。但是，這樣會使寶貴的風能資源和土地資源得不到合理利用，還增加了機組間電纜和道路的長度，使得投資增加，而獲得的發(fā)電量并不是很多，降低了整個風電場的經(jīng)濟性。因此，在布置風電機組時，關(guān)鍵是尋找投資和資源開發(fā)利用量的結(jié)合點，恰當平衡兩者的關(guān)系，同時還要根據(jù)實際的地形和地域情況，因地制宜地優(yōu)化布置。布置原則為：

（1）首先應(yīng)充分考慮場址內(nèi)盛行風向、風速等風況條件。在同等風況條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮那些地形地質(zhì)條件良好且便于運輸安裝的場地進行布置。

（2）進行多方案比選，精細調(diào)整機位，在投資、建設(shè)安裝難度、發(fā)電效益方面取得最佳平衡，努力提高綜合效益，減少投資成本，降低建設(shè)安裝難度，提高發(fā)電量，爭取風電場綜合效益最優(yōu)化。

（3）避免無效機位。如項目場址內(nèi)農(nóng)田、村莊較多，預(yù)計在土地、林地、環(huán)保、水土保持、村民利益等方面會遇到較多限制。在設(shè)計中需全面考慮地類、環(huán)保、水土保持等要求，避免無效機位，做好預(yù)備方案，盡量減少機位調(diào)整，特別是大規(guī)模的調(diào)整。

（4）合理集中機位。如果分散布置風電機組，雖可獲得相對較高的發(fā)電量，但線路、道路較長，建設(shè)安裝難度較大，反而降低了綜合效益。因此，在綜合考慮線路、道路、建設(shè)安裝難度等問題并保證發(fā)電量的前提下，集中機位以取得發(fā)電量、線路、道路、建設(shè)安裝難度的最佳平衡，降低投資，提高風電場的綜合效益。

微觀選址及優(yōu)化

微觀選址作業(yè)分為內(nèi)業(yè)和外業(yè)兩個階段，首先是進行內(nèi)業(yè)工作，接著在內(nèi)業(yè)工作的基礎(chǔ)上進行外部作業(yè)。微觀選址外業(yè)工作完成后，再根據(jù)項目具體情況不斷優(yōu)化，從而得到科學(xué)合理的機位排布方案。

微觀選址內(nèi)業(yè)的工作內(nèi)容包括：

（1）綜合考慮風電場地形、地表粗糙度、障礙物等，并合理選用風電場各測風塔的測風數(shù)據(jù)，利用風能資源仿真計算軟件進行流場模擬；

（2）根據(jù)風電場風能資源分布情況和具體地形條件，兼顧單機發(fā)電量和風電機組間的相互影響，擬定若干個風電機組布置方案，對風電機組布置進行比選優(yōu)化；

（3）從發(fā)電量、道路與線路路徑、安裝平臺選取等方面進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選定風電機組最終布置方案，繪制出風電機組布置圖。

微觀選址外業(yè)工作主要為確定各機位的現(xiàn)場條件，綜合考慮風能資源、地質(zhì)、交通運輸、施工、輸變電、工程規(guī)模、遠期規(guī)劃、地方政府意見等方面。根據(jù)各風電機組機位現(xiàn)場條件，對部分機位進行優(yōu)化微調(diào)，對少數(shù)不滿足建設(shè)條件的機位進行調(diào)換，最終確定風電機組機位，并在現(xiàn)場定樁標記。

微觀選址外業(yè)工作完成后，應(yīng)對現(xiàn)場確定的機位進行風能資源分析復(fù)核，確保所定機位合理。同時要根據(jù)業(yè)主反饋意見、風電機組生產(chǎn)廠家復(fù)核結(jié)果進行調(diào)整，以最終確定機位。

微觀選址是一項反復(fù)迭代、不斷調(diào)整優(yōu)化的工作，也是一項需要進行全過程質(zhì)量管理的工作，只有在每一環(huán)節(jié)進行細致的計算分析，不厭其煩地作方案對比，才能得到科學(xué)合理的機位布置方案。微觀選址工作流程如圖1所示。

圖1 微觀選址流程

案例分析

本文以一個南方低風速山地風電場為例，采用如上所述的復(fù)雜地形下的精細化微觀選址方法進行機位排布。

一、項目概況

該項目位于江西省南部，場區(qū)地形為低山和丘陵，屬于羅霄山系諸廣山余脈，海拔260～530m。場區(qū)內(nèi)山勢連綿起伏，溝壑較多，植被茂密，喬木、灌木、草坡混雜，溝壑內(nèi)有較多農(nóng)田、村莊分布。本期工程裝機容量30MW，安裝單機容量2MW的風電機組15臺。此項目有5座測風塔，測風塔及風電機組位置如圖2所示，測風塔配置如表1所示。

表1 測風塔信息

二、風能資源分析

通過分析該風電場的測風塔數(shù)據(jù)，cft01、cft02、cft03、cft04、cft05 測風塔的80m高度代表年風速分別為5.11m/s、4.84m/s、5.09m/s、5.23m/s、4.64m/s，風功率密度分別為140W/m2、131W/m2、144W/m2、168W/m2、104W/m2。 風 電場全年盛行風向相對集中，基本位于N、S扇區(qū)，也分布在NNW扇區(qū)，盛行風向為北風、南風；風能密度分布集中程度較高，基本集中于N、S、NNW扇區(qū)，全年盛行風向和風能密度分布方向基本一致，有利于風能的開發(fā)利用。cft01、cft02、cft03、cft04、cft05測風塔各高度標準空氣密度下的50年一遇最大風速均小于37.5m/s，80m高度15m/s風速區(qū)間的平均湍流強度分別為0.14、0.12、0.13、0.12、0.11，符合國際電工協(xié)會IEC61400-1（2005）標準關(guān)于ⅢB類風電機組的等級要求。因此，該風電場既可以采用ⅢB類及以上等級的風電機組，也可以采用S類風電機組。

表2 優(yōu)化前后的經(jīng)濟性對比分析

三、精細化微觀選址

在可研階段時，F(xiàn)01－F03機位排布在風電場的東側(cè)（綠色機位），F(xiàn)01－F03機位點距離其他機位較遠。在風電場初步設(shè)計階段，深入研究了此風電場的地形及風能資源特性，對比分析了不同輪轂高度的多種機型比選方案。評價一種方案的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時來考慮，應(yīng)以綜合經(jīng)濟指標予以評價。除發(fā)電量，風電機組的價格、塔筒、基礎(chǔ)、箱變、線路、道路以及變電所等也都是影響機型方案選擇的重要因素。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：在前期方案中，整個風電場的道路、集電線路成本較高，從而會增加整體投資，降低項目的抗風險能力。綜合考慮以上微觀選址優(yōu)化方法，結(jié)合經(jīng)濟性分析得出了優(yōu)化方案，即將原來在風電場東側(cè)較遠處的F01－F03號機位舍棄，在北側(cè)較近的地方選取3個機位，重新進行風電場設(shè)計。

優(yōu)化前后的風電場發(fā)電量、道路、集電線路發(fā)生如下變化：

發(fā)電量方面，調(diào)整前代表年年上網(wǎng)電量0.5579億千瓦時，等效滿發(fā)小時數(shù)1860h，容量系數(shù)0.2122。調(diào)整后代表年年上網(wǎng)電量0.5527億千瓦時，等效滿發(fā)小時數(shù)1842h，容量系數(shù)0.2103。

道路方面，機位變更前：風電場運輸場內(nèi)檢修路總長29.9km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長18km，改建現(xiàn)況3.5m寬碎石路11.9km。變更后：風電場運輸場內(nèi)檢修路總長24.3km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長14.7km，改建現(xiàn)況3.5m寬碎石路9.6km。變更后，道路長度由29.9km減少至24.3km，減少5.6km。

本工程集電線路分為A、B兩回，A回集電線路連接F01－F03風電機組，B回集電線路連接F04－F15風電機組。F01－F03風電機組調(diào)整到FJ1－FJ3后，A回集電線路將發(fā)生變化，對B回集電線路無影響。變更后，A回線路長度由6.7km縮短至5km，減少1.7km。

根據(jù)2018年第二季度的價格水平、國家能源局發(fā)布的《陸上風電場工程設(shè)計概算編制規(guī)定及費用標準》（2011版）和《陸上風電場工程概算定額》（2011版）的通知及其附件、《關(guān)于建筑業(yè)營業(yè)稅改增值稅后陸上風電場工程計價依據(jù)調(diào)整實施意見》可再生定額〔2016〕32號文件、《電力工程裝置性材料預(yù)算價格》、《建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版）發(fā)改投資〔2006〕1325號等規(guī)定及現(xiàn)行的有關(guān)財稅政策，對風電場工程優(yōu)化前后的兩種方案進行詳細的工程概算及財務(wù)評價，得到如表2所示的經(jīng)濟性對比分析結(jié)果。

調(diào)整后，年上網(wǎng)電量由5579.1萬千瓦時減少至5527.4 萬千瓦時，減少51.7萬千瓦時；總投資由23346.44萬元減少至22937.78萬元，總投資減少408.66萬元；項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率由9.83%增加至10.21%；資本金財務(wù)內(nèi)部收益率由16.27%增加至17.58%。結(jié)合道路、集電線路等因素集中機位后，發(fā)電量雖有所降低，但整個項目的收益率有所增長，同時也提高了項目的抗風險能力，且有利于項目運營期的維護管理。

攝影：申玉棟

結(jié)論

隨著我國風電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，陸上風電場可開發(fā)風速的水平不斷下探，如何最大限度地開發(fā)利用好低風速風能資源，已經(jīng)成為當前風電領(lǐng)域內(nèi)一個值得深入研究的重要課題。微觀選址作為風電場開發(fā)流程中的重要一環(huán)，對風電場項目的經(jīng)濟性評價和機組選擇起重要指導(dǎo)作用。在微觀選址過程中，只有深入研究風電場的風能資源及地形因素，設(shè)計出科學(xué)的布機方案，匹配最適合的機型，才能從源頭上控制項目的投資額，提升項目的收益率，降低風電項目的投資風險，最大化地為客戶創(chuàng)造價值。