风电工程建设与设计需统筹把握的几点内容探讨

文／杨德清 乔兵 李威杰 李志刚 康智俊

风电工程建设与设计需统筹把握的几点内容探讨

文／杨德清 乔兵 李威杰 李志刚 康智俊

我国的风电产业发展较快，2012年，我国（台湾地区除外）新增安装风电机组7872台，装机容量12960MW，同比下降26.5%；累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，同比增长20.8%。相比而言，风电工程发电系统组成及发电原理比较简单，以一期新建装机容量49.5MW、远期装机容量200MW的风电工程为例，可以概括为：“风电场内建设220kV 升压站一座，风电机组所发电量以35kV电压等级接入该升压站，通过该升压站汇集后接入电网。”但工程建设及设计所涉及的具体工作内容却不少。同时，依据《政府核准的投资项目目录》，风电项目实行核准制，遵循建设的基本程序，所以工程建设流程也不少。风电工程建设一般都是当年开工，当年投产，建设与设计要求的周期较短。

对于建设与参建各方来说，压力都比较大。为了高效建设与设计一个优秀的风电工程，更需要把握风电工程的主要矛盾和风电工程概念设计，有所侧重。本文重点分析与探讨风电工程建设中涉及的几点工作。

风能资源评价

根据我国投资管理体制和项目建设程序，工程项目周期划分为：前期阶段、准备阶段、实施阶段、运营阶段。风能资源评价是在项目前期阶段（初步可行性研究阶段或可行性研究阶段）重点论述及完成的工作。进入项目实施准备阶段（施工图阶段）一般不再进行论述或复核工作。

根据《风电工程可行性研究报告编制办法》，可行性研究阶段风能资源评价应完成以下工作：按照国家标准《风电场风能资源评估方法》(GB/ T 18710－2002)及国家发改委下发的《风电场风能资源测量和评估技术规定》（发改能源[2003]1403号）要求，将订正后的数据处理成评估风电场风能资源所需要的各种参数，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速频率分布和风能频率分布、风向频率和风能密度方向分布等，并将处理好的各种风况参数绘制成图形。按照国家标准《风电场风能资源评估方法》(GB/T 18710－2002)计算出预装风电机组轮毂高度处代表年平均风速、平均风功率密度值和风功率密度等级等，按照国家标准《风力发电机组 安全要求》（GB 18451.1－2001）计算风电场预装风电机组轮毂高度处湍流强度值和50年一遇10min平均最大风速，提出风电场场址风况对风电机组安全等级的要求，对风况特征和风能资源作出分析和评价。

风能资源评价工作专业性很强，都是由专业技术人员设计评价完成，之后由专门的评估机构负责风能资源的评估与把关。实施阶段不建议深抠风能资源的评价过程及原理，否则不但费时费力也很难搞懂原理，对于风能资源建议把握几个概念，如平均风速、风功率密度、有效风时数、风向稳定、风力集中、破坏风速小。建议熟悉风电场风能资源概况即可，建立起感性认识，感性评价风电场风能资源水平。例如：某风电场70m高度代表年年平均风速为7.1m/s，年平均风功率密度为411.2W/ m2，年有效风速小时数达7467h(3 m/s－25m/s)。80m轮毂高度处代表年年平均风速为7.2m/s，年平均风功率密度为430.4W/m2，年有效风速小时数达7494h(3 m/s－25m/s)。风电场所在区域风功率密度等级属于3级，盛行247.5°－292.5°(WSWWNW)风，风向稳定，风能资源较好，具备较高的开发价值，适宜建设大型风电场。如图1为某风电场风能资源分布图。

图1 某风电场风能资源分布图

升压汇集站场址选择

场（厂）址选择是一项政策性、科学性强，涉及面广的综合性技术经济工作。场（厂）址选择应多方案比较，依据地区规划与产业布局，结合建设项目近期目标和长远利益综合分析，从中选择符合国家政策，投资省、建设快、运营费低，经济效益和环境效益好的场（厂）址。不同行业项目场（厂）址选择需要研究的具体内容、方法和遵循的规程、规范不同。本文不再探讨关于场（厂）址选择问题。

在风电场场址确定后，升压汇集站位置选择就显得十分重要，升压汇集站位置的选择将直接影响着风电工程的建设投资，甚至影响到未来的运营阶段。风电场项目升压站选址依据《变电站总布置设计技术规程》、《风电场工程可行性研究报告编制办法》规定的内容进行。首先，设计单位应根据建设单位提供的本期风电场范围及远期的规划范围坐标，在1:50000地形图上完成预选站址工作。接着，设计单位有关技术人员要会同建设单位有关技术人员对本工程的升压站站址进行现场踏勘选址工作。最后，对风电场项目升压站选址进行技术经济比较。比较时，应根据风电机组优化后的坐标，综合考虑集电线路的路径、所址的标高要求、适宜的地质、地形和地貌条件以及风电场的规划等要求，经技术经济比较选择最佳方案，确定升压变电站的所址。对于风电场项目升压站选址时应重点进行建设条件比较，包括：地理位置、土地资源、地势条件、工程地质条件、土石方工程量条件、交通运输条件、生活设施及协作条件等。升压汇集站场址选择建议从总体上进行把控，整体规划、统筹兼顾。图2为某风电场本期风电场范围及分期建设规划范围和升压站地理位置示意图。

微观选址

一、风电机组机型选择

在风电场交通便利，风电机组技术可行、价格合理的条件下，单机容量越大，越有利于充分利用风电场土地和风力资源，整个项目的经济性就越好。但对于一个特定的风电场，在现有的经济、技术和国产化率条件下，单机容量选择在某个确定的范围内，项目的经济性会相对更好。风电机组生产厂家是依照其技术能力和对市场的判断、设计并生产一种或几种机型，在经过一段时间运行检验后投入市场，使用有运行经验的机型可以降低项目的建设风险。由于机型技术逐渐成熟，可以批量生产，价格也相对便宜。所以，在进行单机容量选择时，首先确定一个适合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好、经济性较好并且国产化率较高的机型。

根据中国可再生能源学会风能专业委员会2013年3月《2012 年中国风电装机容量统计》，我国风电新增装机容量排名前20的企业几乎占据了国内98%的市场份额，其中金风科技新增风电装机容量最多，达到2521.5MW，占据19.5%的市场份额。2012年，我国风电新增装机容量排名前3的企业分别为金风科技、联合动力和华锐风电。当然，进口机组也不错，质量稳定，价格也相对较高。总之，能适应本风电场风况，满足建设条件，发电稳定的机组就是合适的。机组机型选择建议把握的概念：风电机组的趋势（大容量、大桨叶、高轮毂），稳定、安全，机组功率曲线，机组低电压穿越能力等。

图2 某风电场本期风电场范围及分期建设规划范围和升压站地理位置示意图

二、微观选址及发电量估算

目前市场流行的用于风电机组优化布置、发电量计算的软件主要包括windfarm、windpro，WASP，windsim和WT，其中windfarm与windpro软件兼有风电机组优化布置和发电量计算功能，其他几个软件专注于发电量的计算。

根据《风力发电场设计技术规范》(DL/ T2383－2007)，风电机组在风电场内的布置，应根据场地的地形、地貌及场内已有设施的位置综合考虑，充分利用场地范围，选择布置方式。风电机组布置尽量紧凑、规则、整齐，有一定规律，以方便场内配电系统的布置，减少输电线路的长度。风电机组按照矩阵布置时，行必须垂直风能主导方向，同行风电机组之间距离不小于3D,行与行之间距离不小于5D,各列风电机组之间交错布置。微观选址也是一项专业性非常强的工作，都是由专业技术人员设计完成。微观选址工作时建议把握的概念：布置（间距、地形高差、风向）、发电量。图3为某风电场WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1风电机组5D布置图。

升压汇集站站内设计

一般情况下，任何一个有资质的电力设计院均能成功设计完成升压汇集站站内的设计工作。总平面布置方案严格按照《变电站总布置设计技术规程》DL/T 5056－2007规定执行，在满足规范及工艺要求的前提下，尽量压缩站区用地。升压站的总平面布置结合站区的总体规划及电气工艺要求进行布置。在满足自然条件和工程特点的前提下，考虑安全、防火、卫生、运行检修、交通运输、环境保护、各建筑物之间的联系等因素。设计时严格执行我国现行相关的标准、规程、规范，如：《35 kV－110kV变电站设计规范》GB50059-2011，《110（66）kV －220 kV智能变电站设计规范》Q/ GDW393－2009，《220 kV－750kV变电所设计技术规程》DL/T5218－2012，《建筑设计防火规范》GB50016－2006等。

图3 某风电场WTGs 2000A×24 + WTGs 1500×1风电机组5D布置图

图4 融入地方民族建筑文化元素（山墙檐口）后的工业类建筑

另外，升压站设计时，升压站内的“主控楼”、“35kV屋内配电装置室”等工业类建筑，是以满足生产流程、使用要求、自然条件、周围环境、建筑材料和建筑技术等因素，并结合工艺设计要求的建筑物。但是，此类建筑在不过多增加施工难度及工程造价的前提下，应适当融入一些地方民族建筑文化元素，使该类建筑物显得不再呆板，同时也提升了整个升压站的建筑品味。如图4、图5所示。

升压站内设计时建议把握的概念：建筑风格、总平面布置、竖向布置、当地电网要求（接入系统、无功补偿容量、低电压穿越要求、并网点电压和频率指标、闪变、谐波、风电功率预测系统、自动电压控制子站装置AVC有功功率控制AGC、无功补偿）等。

总结

建设一个能发电的风电场项目容易，但是，在短时间内建设一个科学合理、有品味的风电场项目并不容易。笔者认为，风电场工程建设也遵循“ 没有最好，只有更好” 这样的原则。通过一批批风电工程建设人的不断努力，不断探索总结和改进优化，我们未来的风电事业就会蒸蒸日上。

当然，不同的工作角色、工作立场，对于风电建设项目中所涉及的工作内容把握重点也各不相同，笔者水平有限，欢迎风电同行们一起分析探讨风电工程建设的方方面面，为我们的风电工程建设事业积累宝贵的经验。

(作者单位：杨德清、乔兵、李威杰：内蒙古电力勘测设计院；李志刚、康智俊：内蒙古华电玫瑰营风力发电有限公司)