張?bào)w強(qiáng)，楊 迎，皮江紅

(1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610041；2.湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖北 武漢 430040)

風(fēng)能屬于可再生清潔能源。近年來(lái),我國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅速,連續(xù)幾年裝機(jī)容量增長(zhǎng)率超過(guò)100%。截至2012年底,我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量已位居世界第一,約75324.2 MW。風(fēng)電場(chǎng)能耗主要是電耗,風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)用電率代表了風(fēng)電場(chǎng)能耗水平,直接影響著風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)電量。采取有效措施降低場(chǎng)用電率可以給風(fēng)電企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,緊靠國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)。

1 風(fēng)電場(chǎng)能耗現(xiàn)狀

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)屬于新能源開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目。風(fēng)力發(fā)電主要工藝流程為：風(fēng)力機(jī)組發(fā)電—1kV低壓電纜—箱式變壓器—集電線路—主變壓器(及無(wú)功補(bǔ)償裝置)—主電網(wǎng)；利用風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,通過(guò)集電線路的將電能匯集,再通過(guò)升壓站送入主網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行期間主要消耗風(fēng)能、電能、汽油和水。

風(fēng)能是可再生能源,不同于煤炭、石油等一次能源。在節(jié)能評(píng)估工作中,風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能不計(jì)作投入能源消耗。

電能消耗主要是維持風(fēng)電場(chǎng)正常運(yùn)行的生產(chǎn)用電、運(yùn)維人員生活用電。其中生產(chǎn)用電包括變壓器(升壓站內(nèi)主變、站用變及箱式變壓器)變電損耗、集電線路輸電、無(wú)功補(bǔ)償裝置損耗及輔助生產(chǎn)設(shè)施用電；生活用電主要包括照明、暖通、給排水等生活設(shè)施用電。風(fēng)電場(chǎng)電耗與風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模、設(shè)備及管理水平有關(guān)系。

水資源屬于耗能工質(zhì),主要供站區(qū)內(nèi)職工生活飲用水、洗滌用水、消防用水。風(fēng)電場(chǎng)水耗主要與運(yùn)維人員數(shù)量有關(guān)。

汽(柴)油消耗是指檢修車輛工作中的油耗。油耗主要與車輛及場(chǎng)內(nèi)檢修道路長(zhǎng)度有關(guān)。

風(fēng)電場(chǎng)水資源消耗和汽(柴)油消耗較少,一般占風(fēng)電場(chǎng)綜合能耗不到1%。因此,風(fēng)電場(chǎng)綜合能耗主要關(guān)注電力消耗,風(fēng)電場(chǎng)電力消耗可以用場(chǎng)用電率進(jìn)行量化。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)用電率可以有效涵蓋風(fēng)電場(chǎng)自身用電設(shè)備、集電線路及變電設(shè)備的能效指標(biāo)。當(dāng)采用先進(jìn)節(jié)能的用電設(shè)備及有效地節(jié)能管理措施,風(fēng)電場(chǎng)的綜合場(chǎng)用電率能夠控制在5%以下的水平。因?yàn)樾袠I(yè)的特殊性,目前國(guó)家和行業(yè)都沒(méi)有專門指定的風(fēng)電場(chǎng)單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)與場(chǎng)用電率水平。根據(jù)投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)查顯示,風(fēng)電場(chǎng)綜合場(chǎng)用電率一般為3%～5%,且隨著投運(yùn)時(shí)間呈逐年增加趨勢(shì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查,大唐集團(tuán)在四川涼山州開(kāi)發(fā)建設(shè)的普格?？陲L(fēng)電場(chǎng),投運(yùn)期間統(tǒng)計(jì)場(chǎng)用電率為2.59%；中廣核集團(tuán)在四川射陽(yáng)開(kāi)發(fā)建設(shè)的射陽(yáng)風(fēng)電場(chǎng),投運(yùn)期間統(tǒng)計(jì)場(chǎng)用電率為2.75%。

2 風(fēng)電場(chǎng)能耗計(jì)算

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行期間主要消耗風(fēng)能、電能、汽(柴)油和水,其中風(fēng)能不計(jì)作能源消耗。

2.1 電耗計(jì)算

(1)風(fēng)機(jī)自用電

風(fēng)機(jī)自用電是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能過(guò)程中,為了維持其正常運(yùn)轉(zhuǎn),機(jī)組各設(shè)備用電,包括變槳系統(tǒng)用電、偏航系統(tǒng)用電、機(jī)艙換熱系統(tǒng)用電、塔筒內(nèi)電纜損耗等,其中耗能部件主要集中在塔筒內(nèi)電纜損耗。

目前,市場(chǎng)上廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單臺(tái)規(guī)?；緸?1.5～2.0)MW,2.5 MW、3.0 MW應(yīng)用較少,3.6 MW等更大容量的風(fēng)電機(jī)組基本尚未投入生產(chǎn)使用。

風(fēng)機(jī)自用電計(jì)算公式如下：

式中：Ec為風(fēng)機(jī)自用電(kWh/a)；Pi為單項(xiàng)用電設(shè)備負(fù)荷(kW)；Ti為單項(xiàng)用電設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h)；α為需要系數(shù)。

(2)變電過(guò)程電耗

風(fēng)電場(chǎng)采用“一機(jī)一變”的發(fā)電模式,箱式變壓器容量主要依賴于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單臺(tái)規(guī)模。目前,風(fēng)電場(chǎng)的變電設(shè)備主要包括箱式變壓器、升壓站內(nèi)主變壓器、站用變壓器及接地變壓器等。變壓器損耗計(jì)算方法可參考。

升壓站內(nèi)主變?nèi)萘恐饕Q于風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量。據(jù)統(tǒng)計(jì),單臺(tái)50 MW主變壓器年電力損耗大概約40萬(wàn)kWh～60萬(wàn)kWh。

站用變壓器一般容量較小,主要為滿足升壓站內(nèi)正常生產(chǎn)負(fù)荷、運(yùn)維人員生活負(fù)荷。

(3)輸電過(guò)程電耗

輸電線路電耗主要是集電線路損耗、風(fēng)機(jī)至箱變的低壓線纜損耗及升壓站內(nèi)電纜線路損耗。線路損耗一般由電暈損耗、電阻損耗和絕緣子的泄漏損耗等組成,其中占比最大的是電阻損耗,電暈損耗、泄漏損耗的數(shù)量較小。輸電線路損耗計(jì)算方法可參考。一般而言,集電線路能耗不超過(guò)占年發(fā)電量1%。

(4)無(wú)功補(bǔ)償裝置耗電

目前,風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償廣泛采用MCR型與SVG型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。無(wú)功補(bǔ)償裝置的耗電主要與容量及設(shè)備選型和風(fēng)電場(chǎng)年最大利用小時(shí)數(shù)有關(guān)。以SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置為例,一般成套SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置損耗率約為0.8%。

風(fēng)電場(chǎng)輔助生產(chǎn)設(shè)施用電主要是升壓站用電,包括控制、信號(hào)、保護(hù)等設(shè)備用電,如開(kāi)關(guān)柜、設(shè)備電源等。風(fēng)電場(chǎng)輔助生產(chǎn)設(shè)施用電量主要與升壓站電壓等級(jí)、規(guī)模及自動(dòng)化程度有關(guān),目前升壓站廣泛使用的配電裝置包括AIS型配電裝置和GIS型配電裝置,其中GIS型配電裝置具有占地少、節(jié)能效果好等特點(diǎn)。輔助生產(chǎn)設(shè)施用電計(jì)算公式如下：

式中：Ec為風(fēng)電場(chǎng)輔助生產(chǎn)設(shè)施用電(kWh/a)；Pi為單項(xiàng)用電設(shè)備負(fù)荷(kW)；Ti為單項(xiàng)用電設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h)。

(6)生活設(shè)施用電

風(fēng)電場(chǎng)生活設(shè)施用電主要是為了滿足風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員用電,包括生活區(qū)暖通系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)用電、插座用電等。生活設(shè)施用電計(jì)算公式如下：

式中：Ec為風(fēng)電場(chǎng)生活設(shè)施用電用電量(kWh/a)；Pi為單項(xiàng)用電設(shè)備負(fù)荷(kW)；Ti為單項(xiàng)用電設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h)；0.7為負(fù)荷系數(shù)。

實(shí)際運(yùn)行中,風(fēng)電場(chǎng)生活設(shè)施用電需考慮設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行方式、效率及運(yùn)行環(huán)境等。以設(shè)備的效率為例,對(duì)于水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備,需考慮設(shè)備效率；對(duì)于空調(diào),需考慮能效比等。

2.2 水耗

風(fēng)電場(chǎng)水源一般使用市政供水或者取用地下水,主要供風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員生活用水、洗滌用水、消防用水。

生活用水主要取決于風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)定員。一般而言,風(fēng)電場(chǎng)生活用水量定額可參照項(xiàng)目所在地給排水定額。消防用水取決于消防設(shè)計(jì)水量及年運(yùn)行時(shí)間。一般而言,消防年運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)5 h。

自為之力的守正，在于其為學(xué)為藝，一路恪守中國(guó)傳統(tǒng)繪畫的正道，不隨意追風(fēng)，借端革舊維新而旁門外道規(guī)避傳統(tǒng)工筆繪畫藝術(shù)修為的必歷之艱。羅春輝不僅長(zhǎng)于熟紙、熟絹上重彩，其生紙、生絹上的寫意、沒(méi)骨和水墨等技法的掌握也極為嫻熟，這與他自接觸丹青以來(lái)，便始終堅(jiān)定自持，卓爾不群，虔敬正誠(chéng)地循主流正途，在探索、創(chuàng)新的同時(shí)，不忘苦修傳統(tǒng)功夫有極大關(guān)系。觀其作品《玄嶺碩秋》《晨靄》《苗嶺冬雪》等畫中動(dòng)物與樹木造型的精準(zhǔn)表現(xiàn)顯示其傳統(tǒng)功夫深厚。將山水、花鳥同置于畫，尚能做到融合自然、主次分明、虛實(shí)得當(dāng)且意境宏闊，更顯示其長(zhǎng)期善于研精究微、思考畫理、錘煉筆墨和琢磨技巧的守正之功，以至汲得大成自我的百家滋養(yǎng)。

2.3 汽(柴)油耗

風(fēng)電場(chǎng)汽(柴)油耗主要是運(yùn)維車輛運(yùn)行檢修過(guò)程中的油耗。油耗主要與風(fēng)電場(chǎng)道路長(zhǎng)度及運(yùn)維次數(shù)相關(guān)。

3 風(fēng)電場(chǎng)主要節(jié)能措施研究

3.1 強(qiáng)化風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃與開(kāi)發(fā)管理

目前,我國(guó)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃滯后于實(shí)際建設(shè)規(guī)模,導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)棄風(fēng)現(xiàn)象較為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì),“十一五”期間,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量規(guī)劃水平僅為建成規(guī)模的1/7。風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等特點(diǎn),為減少風(fēng)力發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊,維護(hù)并網(wǎng)穩(wěn)定性,導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)難棄風(fēng)嚴(yán)重,造成能源浪費(fèi),如內(nèi)蒙古,僅2009年未收購(gòu)風(fēng)電站總裝機(jī)容量的72%；17.3%；2012年全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的5.3%,但發(fā)電量?jī)H占比2.0%。同時(shí),國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)偏向于大規(guī)模與大裝機(jī)容量,增加了風(fēng)力發(fā)電的不確定性,增加了并網(wǎng)與電力消納難度。郭丹等研究表明,區(qū)域風(fēng)電規(guī)模增加,風(fēng)電出力同時(shí)率將隨之降低,最大增大峰谷差占當(dāng)年風(fēng)電裝機(jī)的比重逐漸降低,建議按最大增大峰谷差占當(dāng)年風(fēng)電裝機(jī)的比重按25%～30%設(shè)計(jì)考慮。因?yàn)槿狈侠淼娘L(fēng)電裝機(jī)規(guī)模和分布布置,我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電效率一直低于國(guó)外先進(jìn)水平。

3.2 設(shè)備選型節(jié)能

在現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)制造和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維是提升低風(fēng)速區(qū)風(fēng)電廠發(fā)電量的主要方法。在設(shè)備選型上,采用節(jié)能型設(shè)備,使用滿足國(guó)家能效要求的變壓器、無(wú)功補(bǔ)償裝置及各種站內(nèi)用電設(shè)備等能夠有效地降低場(chǎng)用電率,達(dá)到源頭節(jié)能的效果。合適的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)型,如三相六支路單元電機(jī)并列運(yùn)行可提高運(yùn)行可靠性。110 kV升壓站采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng),利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),最大限度地優(yōu)化了電氣工程路線,達(dá)到了節(jié)能效果。

3.3 總平面布置節(jié)能

風(fēng)電場(chǎng)總平面布置應(yīng)考慮節(jié)能要求。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置時(shí),根據(jù)地形、地勢(shì)及自然條件,考慮風(fēng)電場(chǎng)的送電、集電和變電方案條件,盡可能使用電纜的集電線路方式替代架空線路,減少風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)電力纜線長(zhǎng)度,不僅可以方便施工運(yùn)輸和安裝,亦可以方便運(yùn)行維護(hù),減少電力損耗和能量消耗。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置合理,如沿山脊或地形起伏的地方布置,布置在風(fēng)能資源較好的地方,可以獲得最大電量,合理的集電線路路徑方案,減少線路長(zhǎng)度,從而減小了能量損失；與此同時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置應(yīng)避免過(guò)于分散。

風(fēng)電場(chǎng)升壓站的規(guī)劃設(shè)計(jì)中,建筑設(shè)計(jì)中建筑物及主要房間盡量采用南北方向布置,充分利用陽(yáng)光天然能源及自然通風(fēng)；各建筑單體在滿足工藝要求的情況下,建筑體型系數(shù)小,減少了空調(diào)、通風(fēng)的能耗。同時(shí),使用節(jié)能型門窗,提高建筑物的保溫、隔熱性能,也能達(dá)到節(jié)能的效果。

3.4 設(shè)置合理的無(wú)功補(bǔ)償

遵循變電系統(tǒng)無(wú)功容量采取就地平衡原則,在風(fēng)電場(chǎng)升壓站主變低壓側(cè)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置,提高線路有功輸送容量,降低線損,節(jié)約運(yùn)行成本。

3.5 接入系統(tǒng)方案節(jié)能

一般而言,風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)線路都是單獨(dú)立項(xiàng)。從整個(gè)電網(wǎng)的角度考慮,實(shí)現(xiàn)電力的就近消納,選擇低網(wǎng)損的接入系統(tǒng)方案,且接入距離最近的變電站,都能有效的減少電能損耗。高載能負(fù)荷就近消納風(fēng)電,避免了上網(wǎng)電量長(zhǎng)距離運(yùn)輸,降低了上網(wǎng)線路及升壓站變壓器上的功率流動(dòng),相應(yīng)降低了線損和變壓器損耗。但是,在交直流交換過(guò)程中,高載能負(fù)荷會(huì)向電力系統(tǒng)注入諧波,造成諧波損耗影響電網(wǎng)損耗。李淑鑫等研究,風(fēng)電量較大的情況下,高載能負(fù)荷調(diào)峰節(jié)能效果更好,電網(wǎng)損耗更?。桓咻d能負(fù)荷調(diào)峰也可以增加風(fēng)電場(chǎng)送出功率,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。能耗最小調(diào)度模式亦能降低整個(gè)系統(tǒng)損耗,強(qiáng)化系統(tǒng)調(diào)峰能力,增加運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)合周邊電源及變電站布置情況,合理的選擇送出線路的電壓等級(jí)能夠有效的減少外送過(guò)程的電能損耗。

3.6 加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理

棄風(fēng)、限電、風(fēng)電運(yùn)維都會(huì)直接影響風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量,從而影響到風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)電量。加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理,如設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)等,能夠有效的降低電損。設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)包括對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)設(shè)施系統(tǒng)定期檢查、檢修和保養(yǎng),讓設(shè)備保持在良好的運(yùn)行狀態(tài),縮短耗電設(shè)備的工作時(shí)間,減少啟停次數(shù),減少風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)行用電。

3.7 能源計(jì)量管理

能源計(jì)量和監(jiān)測(cè)管理是節(jié)能工作的基礎(chǔ)。風(fēng)電企業(yè)應(yīng)定期對(duì)發(fā)電量、用電量等能耗指標(biāo)進(jìn)行考核,建立相應(yīng)的能源管理制度和用能責(zé)任制度。風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配備相應(yīng)的能源計(jì)量器具,并建立能源計(jì)量器具管理制度與能源計(jì)量臺(tái)帳,保證能源計(jì)量器具的配備情況,如水表、氣表、電表。各能源計(jì)量器具應(yīng)單獨(dú)計(jì)量、分表核算,并對(duì)計(jì)量器具嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行檢定,保證能源計(jì)量器具的準(zhǔn)確性。為了保證能源計(jì)量的準(zhǔn)確性和連貫性,風(fēng)電企業(yè)可對(duì)能源計(jì)量臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及報(bào)表實(shí)行電腦網(wǎng)絡(luò)化管理,組建節(jié)能管理結(jié)構(gòu)和管理網(wǎng)絡(luò),建立能源計(jì)量管理體系,形成文件,并保持和持續(xù)改進(jìn)其有效性,應(yīng)建立、保持和使用文件化的程序來(lái)規(guī)范能源計(jì)量人員行為、能源計(jì)量器具管理和能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、處理和匯總。

4 結(jié)論

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)用電率管理一直是風(fēng)電企業(yè)從項(xiàng)目規(guī)劃到投入生產(chǎn)的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一。從風(fēng)電企業(yè)角度而言,降低場(chǎng)用電率是降低運(yùn)營(yíng)成本、增加上網(wǎng)電量的重要途徑,可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

風(fēng)力發(fā)電屬于清潔能源開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目,風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中的電能來(lái)源于自身發(fā)電。從電力能源平衡的角度而言,風(fēng)電場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)年外供電能,有利于改善項(xiàng)目所在地能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),有利于節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

風(fēng)電場(chǎng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段考慮采用合理的設(shè)計(jì)方案與節(jié)能、降耗的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備,可以提高上網(wǎng)電量,有利于資源節(jié)約和綜合利用,從源頭杜絕能源的浪費(fèi)。