风电场精细化微观选址技术的创新应用

李 斌

(辽宁大唐国际新能源有限公司，辽宁 沈阳 110116)

0 引言

目前，高风速项目资源枯竭、环保红线圈画高海拔山脊、电力消纳问题重重、新型风机研发成本和建造费用提升等外界因素严重制约风电项目开发建设[1]，加之新能源项目开发进程受行业政策变化的影响严重，从高电价补贴到逐年减低补贴差额，2018年陆续颁布的风电5·18“竞价核准”和光伏5·31“平价上网”将新能源补贴逐步消除，加强微观选址深度已成为现阶段各建设单位提高项目产能的主要手段，不断优化的风电场宏观选址[2]和微观选址深度[3-4]对风电场整体产能提升已取得显著效果。新能源改革已进入新常态，各种深层次矛盾凸显，面临能源结构战略性调整和变革，风电场只有注重数量的增长到质量的提升，实现最优精细化布局才能促使新能源项目实现新的突破，微观选址技术精细化创新应用在前期规划发展的各项限制因素核实和推进环节，实现项目资源开发方式根本转变，推动项目高质量发展，从批量圈占资源的发展策略转变为开发建设精细内涵式项目，加强风资源评估精细化微观选址，以科技创新驱动发展成为深化改革的突破口，凭借科学精细的选址技术将新能源项目做优做强，突破外界发展瓶颈，解决内部转型升级难题。

1 实施精细化微观选址构建战略化开发方案

1.1 研判实时政策抓住发展机遇

2018年1月1日之后核准建设的陆上风电项目电价如表1所示，2018年5月18日国家能源局印发 《国家能源局关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》，指出从本通知印发之日起，尚未印发2018年风电度建设方案的省(自治区、直辖市)新增集中式陆上风电项目和未确定投资主体的海上风电项目应全部通过竞争方式配置和确定上网电价。清洁能源中的风电、光伏早已不是传统意义上的“新能源”，2018年政策上的划定，风电和光伏项目将随时间过渡，失去电价补贴，迎来竞价核准和平价上网。新能源企业谋发展关键要从发展理念创新、技术应用创新着手，以精细化微观选址技术把关，为优质高效推进项目核准注入新动力、新活力、新源泉，坚持创新发展，转变发展理念和发展方式，时刻坚持质量第一、效益优先，仅仅抓住电力改革新机遇，积极寻求新的发展空间。

如表1所示，陆上集中式风电项目电价逐渐降低，补贴额度呈现“倒金字塔”模式，在竞价核准的新形势下，项目资金收益率需重新核算，通过精细化微观选址技术精准测算产能收益，详尽掌握项目发电能力[5-6]，比对投资造价，测算上网高、低电价对项目1 800～2 500 h利用小时的盈利能力影响，引导竞价投标配置。

表1 陆上风电核准电价降幅统计表Table 1 Authorized price reduction for land based wind farms 元/(kW·h)

1.2 制定大电网长远发展战略

精细化微观选址技术是前期开发的资源项目区域统筹规划和储备优质资源的创新驱动。立足长远，率先谋划，新能源项目发展获得国家的大力扶持，清洁能源占比将随着电力市场供给侧改革不断持续升高，各家新能源开发巨头在研判实时激励政策的同时，更注重全局谋划和超前布局，牢固树立先有规划战略、再有接网容量，后有风电场建设的发展策略。规划选址过程中超前谋划确定风电场接入系统总体建设指导方案，落实项目接网容量。某集团公司区域电网资源规划为，在各区域资源一期项目建设前，统筹规划该地域的整体接网容量，一次性建成具备大容量升压站，分别在4个风电基地规划区域的预留450、200、170和500 MW的储备项目接入容量空间。

送出容量的饱和是各省份对风电限制的最大制约因素，根据各省的最低利用小时保障收购数，低于该利用小时数的省份将被划入接网“红线”区，将导致项目无法建设。目前，各省电网框架虽已构建，但对于风电项目均未预留足够的空间，且部分承诺的项目公司自建送出线路段迟迟未经行产权回购，将项目建设成本提升过高，增大投资风险。所以在项目前期开发环节需全局规划，统筹设计，具备条件的资源区域内构建自身“大电网”格局，确保后续项目送出的接纳能力，避免风电场“发得出，送不出”的窘境。接网资源容量储备直接决定该区域后续项目能否具备立项条件，应在项目前期规划中制定分期分区的远期接网战略发展方案。

1.3 区域统筹规划储备优质资源

在风电场项目开发规划环节，精细产能测算，制定开发策略。首先，收集、整理各项目测风数据[7-8]，借助资源评估软件和中尺度数据模拟该区域资源等级，建立整体资源模型[9]，整体规划，统筹标注，将优势资源细化分级，对整体资源区域的分级区域细化选址，分类排序，按照资源优劣情况逐一分割为具体风电场项目，并在各自区间范围内进行宏观选址布置同一款机型，得出各自产能数据，将各项目精细化选址，通过微调测算，对区域资源数据详尽分析，确定项目容量和开发次序。其次，铸造大电网格局，储备接网容量。统计资源区域内电网具备的接纳容量空间，尤其是具备大规模接纳条件的220、110 kV变电站，结合项目所在区的远期电网规划，兼顾项目经济性，以优质项目为依托，围绕变电站40 km内的优质风资源项目需列为重点开发区域。最后，按照电网接纳条件和远期规划将已分区的风电场排序，相应调整开发次序，制定最终区域项目开发策略。

图1 某区域项目风资源分析图Fig.1 Wind resource analysis chart for a regional project

图2 某区域项目接网示意图Fig.2 Schematic diagram of a regional project

图1—2为某区域项目资源、规划、接网示意图，通过全面开展各项目微观选址工作，对区域资源进行整体评估，摸清项目实际具备的产能效益和发电能力的同时，注重项目建设的产能收益经济性，制定优质、有序、稳定、滚动的发展策略和梯次开发顺序，确保优质项目储备的有效衔接。精细化微观选址技术的应用将严格遵循优势项目优先开发的核心理念，结合各地新能源规划方案和接网条件，制定各区域项目梯次开发顺序,确保优质项目储备有效衔接，发电能力最强的风场最先开发，回报收益率最高的风电场最先投产。

2 依靠精细化选址提升企业综合竞争实力

2.1 新常态下的清洁能源面临的机遇与挑战

“核准指标减少”和“电价补贴倒挂”促使新能源项目开发陷入投资无收益、缓建需配额的僵局。面对新能源“竞价和配额”的严峻形势，精细化微观选址将日益成为提质增效的第一动力，微观选址是新能源项目建设条件边界核查的第一关卡，技术人员前期选址投入的精力、时间、资源掌控程度与项目产能效益构成“正比例”，通过拟合分析同类区域资源竞争优劣情况，加强微观选址避让“违规红线”基础论证，对机位精细化选址和机型的比选校验的深入应用，为项目选址提供新的边界核查途径，是对各限制区域红线的深层把关，将严格把控产能效益与经济性效益的平衡关系，做到投标电价知己知彼，有的放矢，提升新能源公司行业竞争综合实力。

2.2 精细化微观选址技术助力前期项目合法合规推进

早期项目开发由于对各区域风资源情况不掌握，在开发区域的选择和区域优质资源抢占的环节问题较多，使得项目投产后的各种验收困难重重。造成的主要问题有：1)项目资源抢占陷入被动局面；2)工程投资盲目无序；3)在各专题的限制条件避让和风电场发电产能测算的环节不能有效权衡利弊；4)资源开发无端浪费；5)专题委托重复投资；6)规划选址混乱无章；7)设计方案反复修改，各专题互相制约；8)“限制因素”混乱，错失优质风资源区域；9)前期工作进展缓慢，最终审批材料难以定夺。

精细化微观选址是新能源项目前期专题论证的核心，是对各专题限制区域红线的深层把控，是新能源项目全面、快速、有效推进的重要保障。风机机位的选址要求极为严苛，建设边界条件的各类建设红线区域，直接影响到风机点位的可利用性，应用微观选址技术对限制因素的全面排查，有效避免建设过程中限制边界相互制约的现象，确保风机位置满足所有限制因素，降低项目盈利风险。各要件推进过程相互制约的现象，业主单位调整风机位置很难保障所有限制同时满足，顾此失彼，致使项目成为“违建工程”，导致项目“核准易，开工难”，“施工易，验收难”的严重问题频频出现，加之各项引导政策变化常常快于项目建设周期，能否全面细致把控制约因素关卡，决定新能源项目能否在行业竞争中突出重围，深入细致的微观选址技术在项目前期支持性专题办理中的有效把控是依法、合规建设风电场的有力保障。

3 依靠精细化微观选址技术创新抢占项目各类资源

项目的各类自然环境条件和限制条件皆是资源，优质资源的储备不能局限于项目所在区域的风资源开发权，储备内容更需包括生态红线资源、环保资源、林地资源、地灾资源、土地资源、压矿资源、草原资源、接网资源、军事资源、文物资源、自然保护区资源等，只有全局掌握，才能进行区域统筹规划，合理抢占有效资源开发区域，合理设计升压站预留容量，合理避让限制建设区，合理制定优质梯次开发方案。

3.1 林地资源

林业的各类限制区是牵制风电项目开发和建设的难题，尤其是对用林归属为限制区的林地进行属性调整，申报工作难度大，制约因素多，审批流程周期长，组卷办理过程曲折，造成部分项目因用林手续不全核准后无法开工。风电项目林业用地管理办法征求意见中指出，将自然遗址产地、国家公益林、自然保护区、森林公园、东北内蒙古国家重点公益林区、鸟类主要迁徙通道等区域划为风电场项目禁止建设区域，将适合风电项目建设区域进一步缩减，所以储备风电项目“用林权益”，确保后续开发过程中快速办理各项用林审核，可有效缩短项目用林审批周期，为顺利开工的基建环节夯实基础。

某项目规划设计容量为48 MW，拟选用2 MW风机，拟选址24台风机，但在精细化微观选址中，需按照100 MW容量，50台风机选址，在核实林地属性环节要充分考虑预度，还要将核实区域进一步扩大，再将占用红线区域的风机逐台剔除，明确具体限制区域后进行精细化选址微调。图3为某风电项目选址时机位占用林业合理利用区和限制开发区的核对图，确保在设计环节有效避让限制因素。

图3 某风电项目选址机位林业限制开发区核对图Fig.3 Forestry restricted development area check map of a wind power project location

3.2 国土资源

基本农田是风电项目建设禁区，集中式光伏项目建设必须使用未利用地。早期的风电项目建设都选址在高耸的山脊上，基本农田的限制性影响很小，但随着各省、市生态红线基本是围绕着高山、湿地和植被覆盖密集的山丘划定，高风速地区资源殆尽，风电发展向低海拔区域转移，具备开发条件的低风速区域成为抢占热点，而低海拔地区的土地性质多以农田为主，如何在设计选址过程中有效避让，因地制宜、见缝插针的布置风机直接决定项目的最终受益。

图4 某风电项目选址机位基本农田避让图Fig.4 Basic farmland avoidance map of a wind power project site location

图5 某风电项目选址机位基本农田核实图Fig.5 Basic farmland verification map of a wind power project site location

项目选址工作中，仅凭借现场土地利用情况进行感官判断，极易造成失真失误判断，应根据项目国土利用资源图详尽比对，参看现场建设条件和土地开垦情况做出最终取舍，图4为某风电项目选址机位基本农田避让图，图5为某风电场项目选址机位基本农田核实图，边界条件核实过程中通过精细化微观选址技术将两图矢量信息导出，逐一比对，确保项目机位选址有效避让基本农田。同时还应持续关注地方土地调规指标，将项目纳入地方规划序列。

3.3 环保资源

图6 某风电项目选址机位生态红线校核图Fig.6 Ecological red line check map of a wind power project site location

依靠精细化微观选址技术将规划机位与生态红线比对，规避环境敏感区域，确保项目选址合法合规。具备超前意识和战略思维，将各区所属项目进行全面的精细化梳理，将已投产、工程基建、前期项目的风机位置坐标数据全面整理，结合项目地域规划在各市、县征求生态红线划定区域时，通过微观选址技术人员与红线划定部门专项对接，逐项确认，及时申报、反馈、协调环保部门对红线边界的圈定，图6为某项目风机机位与地方生态红线校核图，避免已建项目强制退出和新建工程无法落地，确保新能源项目响应国家绿水青山政策，打赢蓝天保卫战。超前协调环保生态红线边界划定，长远布局。新能源项目受国家及地方政策影响，受限区域范围逐渐扩大，生态红线划定工作如期开展，即将严格执行生态保护战略，新能源行业也应严格遵守[10]。新能源项目开发规划范围如被划定为生态红线区内，规划项目点位将面临调整，在布机效益性和资源优劣上均受到严重影响。

3.4 矿产资源

及时核对域矿体产权经营及注销情况，以便掌握资源占有区域主矿体的禁止建设区，矿产压覆对新能源项目建设存在一定影响，矿产开采的证件具备时效性，进行压覆手续办理和核实项目压矿资源时应重点核查，尤其是有明显时间分隔点矿权划分区域，在风电项目建设区域受限时涉及探矿区、采矿区、压矿区的界定直接影响机位选址和最终风电场产能效益。选址阶段应尽量避免因矿权问题产生的不必要争端，在区域资源整体规划时，必须全面排产矿产压覆情况，严格避让主矿体，积极协调采矿区，实时核查探矿区的，主动签订互补影响协议书。

4 实施精细化微观选址全面提升前期项目产能收益率

细化优质资源高效选址工作应注重平衡点，不能单纯追求效益、电量、施工难度、经济价值，应将最大产能效益的开发作为整体衡量标准，优化风机布置，加强精细化微观选址深度的工作就是对项目经济性的平衡，做到资源利用和选址准确性的高效切合，通过对现场强建设条件和区域整体地貌、资源条件的全面掌握，实施精细化微观选址设计定制化方案设计，确保风机的最优布置和风资源利用的最大化。某项目区域主方向为SSW，次主风向为N，高海拔地形复杂风电场[11]全部风机排布方式为沿山脊垂直主风向布置，且机组排列间符合设计标准，充分考虑混排落差可有效降低机组间尾流影响。

针对复杂山地风电场评估，应综合考虑地表粗糙度[12]、场区线路、道路等实际情况的设计方案，弱化机组布置产能内耗影响，产能内耗过高对风电场发电量有严重影响，风电场不确定度影响综合折减系数经验值为22%～33%，而尾流折减几乎占据8%～12%，过高的尾流内耗成为阻碍风电场整体发电量提升的制约因素，尤其对低风速项目影响程度加大[13-14]。图7所示某项目风机布置方案可视产能测算方案，把机组放在气流上翘，影响最大区域的坡度边缘区域，会严重影响后排机组发电能力，也存在部分机组是因为设计时计算入流角超标，而把机组后退到坡度边缘位置的，气流分离让该台机组大风不发电或出现机组过速停机。软件测算中要严格导入实测图测绘高层标注信息，降低不确定度的影响。通过定制化选址方案和混排机组设计，从本质上改变个别海拔较低区域风机产能低的状态，达到最佳功率曲线稳定区间,选址过程中不断进行微调和测算，在满足各项红线范围内确保风电场整体发电量最高，每个风机点位选取必须经过全面的系统评估和测算，对比不同机型与选址机位的最佳组合方案。精细化微观选址的目的就是有效降低各风机的尾流影响，促使风电场处于整体发电能力最佳状态，机组布置方案均依照整体风场发电能力最高情况下的单台风机最优化，不断移位测算，定制化调整。

图7 某项目风机布置方案可视产能标注图Fig.7 Visual productivity map for fan layout plan in a project

5 结论

精细化微观选址技术在规划环节和项目开发环节的创新应用，有效破解新能源前期发展瓶颈，降低内部损耗，确保项目产能收益。精细化微观选址实现对整个项目区域风机尾流的精确模拟，确保后续全场风资源模拟、机组选型、机位适用性，分析每个机位不同的风能特性，实现风电场定制化设计，促使项目开发更具经济性。创新应用精细化微观选址技术制定区域风电场全局发展战略和科学化风机布置方案，可全面排查核准过程中的各项限制因素，提质增效，为快速核准创造优势条件，是优质化、高效化、效益化创新型风电场工程建设的重要保障。