浙江东白山高山型风电场构建及效益

汤锦元

（金华电业局，浙江 金华 321000）

1 浙江东白山高山型风电场概况

浙江省地处东南沿海风能带，是我国风能资源最丰富的12个省市之一。浙江东白山为会稽山脉主峰，海拔1 194.6m，是诸暨、东阳、嵊州境内的最高峰。勘测数据表明，东白山区域风能资源丰富，50m高度年平均风速7.44m/s，风功率密度429W/m2，地质、接入系统等风电场建设条件良好，交通运输满足风电场建设要求。东白山风电场风力发电机组布置在东白山一带的山脊上，共安装了20台单机容量750 kW、轮毂高度50m、风轮直径49m的定桨距风电机组，总装机容量15MW。该风电场是浙江中部地区首座风电场，属内陆高山型风电场，按公用电厂性质建设，所发电量由电网经营企业全额收购。

浙江东白山风电场由东阳市东白山风电有限公司投资建设，项目总投资13 829万元，单位容量投资为9 219元/kW，总发电容量15MW，年均发电量2 688.3万kWh，含税上网电价0.71元/kWh，融资后投资方内部收益率8%，投资回收期16.56年。项目于2006年9月委托浙江省电力设计院承担可行性研究及前期工作，2008年1月取得了浙江省电力公司的并网批复，2008年12月取得了浙江省发展和改革委员会的项目核准批复，2009年5月开工建设，2009年9月取得了国家发展和改革委员会的清洁发展机制（CDM）项目批复，2010年6月与电网经营企业签订了并网合同，2010年9月通过了电网经营企业的竣工验收。图1为该风电场外景图。

图1 浙江东白山高山型风电场外景图

2 浙江东白山高山型风电场构建与设计

2.1 风能资源条件

2.1.1 风能资源观测与评价

东白山风电场属高山型风电场，风机基面海拔在930～1 181m，属亚热带季风气候，且有盆地气候特征，季风交替显著，基本无台风影响。年平均风速5.4～6.5m/s，风速8月份最大，6月份最小，最大风速一般出现在晚上23：00～次日凌晨6：00，最小风速一般出现在下午12：00～14：00。

原始测风资料统计分析表明，东白山风电场区域风速较大，盛行风向及主风能方向明显，且非常稳定。测风塔处10m层风功率密度等级为6级，30m层风功率密度等级为4级，40m层风功率密度等级为4级，50m风机轮毂高度处风功率密度等级为4级。50m风机轮毂高度10min内平均风速7.44m/s，有效风速3～25m/s，小时数为7 699 h，全年平均风功率密度为429W/m2；50m风机轮毂高度处全年主风能向较为显著，主风能向为NNE，占16.8%，次风能向为SSW，占13.5%，春季盛行风向NNE，夏季盛行风向SSW，秋季盛行风向NNE，冬季盛行风向N。风能密度和有效风利用小时数均表明东白山风电场具有良好的可供开发利用的风能资源。

2.1.2 主要灾害性天气

东白山风电场地处高山，多年雷暴日数在50天左右，且湿度比较大，容易形成覆冰，主要灾害性天气有雷暴和覆冰。东白山每年覆冰厚度约10～15mm，覆冰时间一般为12月至次年3月份，因此需要做好防雷措施和抗覆冰措施。

2.2 工程地质

东白山风电场工程场址属简单场地，工程地质条件较好，适宜建设风电场。场址附近无区域性活动断裂通过，地震动峰值加速度＜0.05 g，相应的地震基本烈度＜Ⅵ度，建筑场地类别为I类，地震强度与频度均较低，属相对稳定区；地层粉质粘土或粉质粘土混碎石可作为35 kV升压站及办公生活区等辅助建筑物的天然地基持力层；风电机组等主要建筑物可选择强风化或中等风化凝灰岩作为天然地基持力层；场地地下水埋藏较深，且水量甚微，对建筑物基础无影响。

2.3 风力发电机组选型

道路运输、地形地质条件、风机吊装等因素决定着风力发电场风机单机容量的大小。浙江东白山风电场区域海拔高度930～1 181m，安装场地和运输条件受限，宜选择运输和吊装难度较小的风力发电机组。单机容量2MW等级、1MW等级、850 kW等级的风电机组均不适合该风电场，而单机容量750 kW以下的风电机型已逐渐退出市场。按照技术经济综合最优的原则，东白山风电场最终选用了浙江运达风力发电工程有限公司生产的WD49-750型、轮毂高度50m、单机容量750 kW的风电机组，该风电机组最长运输部件叶片长约24m，最重运输部件机舱重约23.5 t，较适合该风电场使用，该风电机组的制造技术、运行维护已经比较成熟，国产化率达到了75%～90%，完全符合国家发改委提出的“风电设备国产化率需达到70%以上”的风电场建设要求。

2.4 风力发电机组布置

东白山风电场建设场址为高山地形，风电机组无法如平坦地区般进行矩阵、梅花形布置或行列距布置。为了降低交通运输、施工安装和机组并网的投资，提高整个工程的经济性，该风电场在基本垂直于盛行风向的方向上沿山脊成片布置风机，共布置20台风电机组，基本为单列布置，风机间距为3～5倍风轮直径，自西向东布置。

2.5 并网电气接入系统

2.5.1 电气系统

东白山风电场共安装了20台单机容量750 kW的风电机组，机组出口电压为690 V，每台风力发电机配置1台800 kVA箱式变压器，所发电能经箱式变压器从690 V升压至10 kV，经场内2回10 kV集电线路汇集至场内升压站的10 kV母线，再经主变压器升压到35 kV后经35 kV并网专线接入电力系统。场内35 kV升压站主要由1台16MVA主变压器、35 kV室内配电装置、10 kV室内配电装置、10 kV电容器、场用电配电装置、中控室等组成，10 kV及35 kV高压配电装置全部采用金属铠装封闭型移开式高压开关柜，主变在中控楼底层室内布置。

2.5.2 继电保护配置

主变压器、35 kV并网线路、10 kV集电线路、10 kV场用变、10 kV电容器的保护按照GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》进行配置，选用微机型保护装置，具体配置为：①主变压器保护：主变压器差动保护、复合电压闭锁过流保护、过负荷保护、轻瓦斯和重瓦斯保护、主变压器压力释放保护、主变压器油温保护；②35 kV并网线路保护：线路距离保护、频率电压异常解列保护；③10 kV集电线路保护：电流速断保护、过电流保护、单相接地保护；④10 kV场用变保护：电流速断保护、过电流保护；⑤10 kV电容器保护：电流速断保护、定时限过电流保护、过电压和低电压保护、不平衡电压保护、熔断器保护。风力发电机组配置的保护有：电流速断保护、过负荷保护、低电压保护、温度升高保护、电网故障保护、振动越限保护、传感器故障保护等。

2.5.3 无功补偿装置

东白山风电场单机容量750 kW风力发电机、风电场内的主变压器、箱式变压器、场用变压器等电气设备均为感性负载，需向电力系统吸收一定的感性无功。为使风电场在接入系统关口处的功率因数基本达到1.0的标准，各风力发电机组就地配置了自动补偿电容器，并在风电场升压站配置安装了2组1 500 kvar的10 kV电容器，对风电场的无功负荷进行补偿。

2.5.4 防雷与接地装置

东白山山顶雷电活动较为频繁，风电场加强了防雷保护，完善了接地装置。

（1）直击雷保护：风力发电机配置本体的防雷装置，机壳、塔架、防雷引下线均与接地网可靠连接；升压站中控楼附近设1支独立避雷针，中控楼屋顶安装避雷带；35 kV并网线路风电场侧1.5 km区段安装双回避雷线，线路铁塔绝缘子片数增为4片；10 kV集电架空线路每3～4档装设1组避雷器；15台风力发电机采用10 kV电缆与升压站10 kV母线联接。

（2）侵入雷电波保护：35 kV并网线路风电场侧进线终端塔、10 kV箱式变压器进线及出线侧均安装避雷器，升压站10 kV和35 KV配电装置母线装设避雷器。

（3）接地装置：升压站采用以水平接地网为主和垂直接地体为辅的复合人工接地装置，重点区域加强均压布置，总接地电阻实测值仅0.38Ω，非常优良，完全满足升压站接地电阻不大于4Ω的要求；单台风机的接地装置以风机中心为圆心设置环形水平接地网，充分利用各个风力发电机基础作为自然接地体，20台风机接地电阻实测值仅0.17～0.24Ω，也非常优良，完全满足风机接地电阻不大于10Ω的要求；35 kV并网线路避雷线不绝缘，全线杆塔逐基接地。由于当地土壤条件较好，全线杆塔接地电阻全部优良，满足线路运行和维护的安全要求。

2.5.5 线路抗覆冰措施

为保证风电场架空线路在冬季冰冻气象条件下正常运行，东白山风电场35 kV并网线路、场内10 kV架空集电线路全部按覆冰20mm的气象条件进行设计。35 kV并网线路全线33基杆塔全部采用足够强度的铁塔，选用LGJ-240/40型导线和GJ-50型避雷线；场内10 kV架空集电线路选用LGJ-185/10型导线，加强了线路铁件的强度，加大了相间距离，并将架空线路的档距大幅缩短，缩短后全线平均档距仅为48.2m，有效提高了10 kV架空集电线路的抗覆冰能力。

2.6 通信系统

调度自动化通信采用光纤通信方式，并满足一主一备条件。在中控楼内安装数字式程控调度交换机一套，作为风电场生产、生活、行政通信使用。通信电源采用高频开关式稳压稳流电源系统，配置2组100 Ah进口免维护蓄电池。主电源由厂用电动机控制中心供给。

2.7 监控系统

风电场采用少人值守方式运行，中控室内设置2套独立的计算机监控系统：①风力发电机组监控系统由风力发电机组厂家配套提供，专供风力发电机组的自动监视和控制使用，中控室计算机能自动连续对风力发电机组进行监视，监视参数包括叶轮转速、发电机转速、风速、环境温度、风力发电机温度、功率等；②升压站综合自动化监控系统是升压站内综合自动化的通信枢纽和信息综合点，负责对35 kV线路、主变压器、10 kV线路、10 kV场用变压器、10 kV电容器及公共设备的集中监控；通过通信工作站向电力调度部门输送远动信息，具备电力调度部门远方监控“四遥”功能；与多功能电能表、直流电源系统、图像监控系统等智能模块连接，共同完成综合管理功能。

3 效益分析

东白山风电场总装机容量15MW，设计寿命为20年，寿命期内共产生约53 766万kWh的电能，与火力发电相比，相当于累计节煤191 945 tce，共减排CO2496 476 t、SO23 840 t、NOx1 344 t、粉尘 1 920 t、灰渣38 390 t，节约用水156万m3，起到了良好的节能减排和改善人居生态环境的作用，节能效益与环境效益非常显著。

［1］ 王承煦，张源.风力发电［M］.北京：中国电力出版社，2003.

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