高海拔風電如何實現高效益？這篇文章告訴你

　　十年前，當高原風電還是風電開發禁區的時候，華能集團成為“第一個吃螃蟹的人”，成功在云南開發了全國首個高海拔風電場，打破了云貴川高原地區不適宜建風電場的傳統觀念，也正式拉開了云南風電開發的大幕。

　　如今，華能集團在云南投運了20多座風電場。作為其中的代表項目，大理五子坡風電場以高發電量成為滇西地區的標桿風場。

　　他們在高原風電開發和運維上獲得了哪些經驗？如何做到風機利用小時數遠超可研設計的利用小時數？又是如何兼顧經濟效益和生態效益？

　　“風、花、雪、月”并稱大理四絕為世人所知。蒼山洱海間的風讓下關成為著名的“風城”，也為大理風電開發提供了基礎性條件。

　　位于大理州大理市、巍山縣、彌渡縣交界的山脊和臺地上的五子坡風電場，海拔在2600米左右，投運首年可利用小時數即超過3600小時，成為當年的全國發電冠軍。2016年風機利用小時數超過3700小時，在空氣相對稀薄、年平均風速7米/秒左右的情況下發電超過5億千瓦時；2015年風機利用小時數超過4000小時，發電超過6億千瓦時。

　　根據中國能建云南院此前的可研數據，五子坡風電場的可研年平均風速為8米左右，空氣密度約為0.853kg/m3，可研設計的年平均可利用小時數為2800小時。這意味著，五子坡風電場的表現已遠遠超出預期。該項目憑借驕人的業績獲得國家優質工程獎、中國電力優質工程等多項國家級獎項。

　　華能新能源云南分公司綜合部經理夏彥喆介紹說，五子坡風場規劃了四期，已投運三期，裝機總容量14.85萬千瓦，安裝了99臺中車株洲電力機車研究所有限公司(簡稱“中車株洲所”)提供的WT1500 1.5兆瓦風電機組。工程概算總投資約15億元，實際總投資約12億元，工程單位千瓦造價約8300元/千瓦時，節省投資近3億元。

　　針對工程區地形地貌復雜，成風機理差異大，氣候條件多變，地質災害多發，交通運輸條件差等惡劣條件，作為設計單位，中國能建云南院在微觀選址、場內道路、吊裝平臺、風機基礎、升壓站及集電線路等多方面都提出了系統、科學、經濟合理的設計方案。

　　“在五子坡風電場的建設過程中，我們并非單純的設備供應商。在前期預可研階段，我們也與業主、設計院所密切溝通，不斷優化解決方案。針對高原的雷暴、紫外線強等特殊條件，在機組的設計過程中融入了個性化的因素，相當于提供了定制化服務。”中車株洲所技術中心主任王靛告訴記者。

　　華能新能源云南分公司規劃部經理龐軍說，正是在業主單位、設計院所、設備提供商的通力合作下，針對高海拔特點，前期做了很多諸如防雷、絕緣等適應性設計，最終為風電場的優異表現奠定了堅實基礎。

　　“風電場發電量高，是多種因素共同作用的結果。”五子坡風電場場長王啟江告訴記者，“首先，風場的風資源條件相對較好，風速比較均勻、風向比較固定。其次，與合理的前期設計、精準的微觀選址、科學的機組選型、精細的風場運維密切相關。再次，五子坡風場是第一個接入云南省省調直調的風場，外送通道條件非常好。”

　　五子坡風場一期項目于2010年開始建設，1.5兆瓦風機是當時的主流機型。“那時，專門運用于高海拔地區的1.5兆瓦風機非常少，中車株洲所在軌道交通領域積累了豐富的高海拔運行經驗，他們將這些經驗復制到風機設備制造中。”夏彥喆說，“風機選型主要根據風電場的風速情況及湍流強度等因素綜合考慮，優化選用大葉片、變槳變速的機型保證風機的功率和經濟效益最大化。風機的布置根據風電場風能資源條件、地形條件等因素綜合考慮，結合已經運行的高山風電場經驗，風機布置采取沿山脊單排布置為主，部分風能資源好的區域采用前后排左右錯開的方式多排布機。”

　　據介紹，以五子坡風場的經驗來看，高海拔風電場運維也有自己的難點和特點：高原山地區域，自然災害如雷暴、雨雪、凝凍極端惡劣天氣對機組運行影響較大；地處林區，線路巡視維護工作量大；道路蜿蜒曲折，占線長，等待維修工作時間較長。

　　王啟江告訴記者，為了提升精細化運維水平，一是狠抓設備治理，提升機組運行性能，著重關注機組的防雷性能，同時密切關注天氣變化情況，加強設備的巡視檢查與維護，在極端惡劣天氣情況下，主動積極采取相應措施，避免故障范圍的進一步擴大；二是優化線路設計，減少線路在迎風坡的建設，并結合區域地段的自然環境，提升線路覆冰、雷擊的能力，降低輸電線路故障次數；三是強化現場運維工作管理，轉變被動檢修的思維模式，做到事前有計劃、有安排，工作有落實，減少人力、物力不必要的消耗或等待。

　　五子坡風場一期2012年初投運，二期2012年中投運，三期2013年初投運。除了日常的運維外，伴隨風機投運年限的增長，外部環境條件的改變，技改工作同樣必不可少。

　　據介紹，五子坡風場投運后，中車株洲所實施了防雷、主傳動鏈、變頻器、潤滑系統等多項技改。特別是防雷技改和功率曲線的優化明顯提升了發電量。“按照可研數據，五子坡風場的年均雷暴天數多達55天左右。雖然風機本身都有避雷設計，但雷暴天氣對于線路的影響比較明顯。通過技改優化，故障率大幅降低，風機可利用率從2012年的96.35%提高到2016年的99.45%，技改后進一步提升了機組的運行性能及運行穩定性。”王啟江說。未來，雙方還將繼續在風力發電機組性能優化提升、技術服務與交流、運維服務、備件供應等方面進行合作。

　　為發揮區域規?；瘍瀯?，利用先進的信息技術采取集約化、專業化管理，實現區域內風電場的集中監控、綜合數據分析和統一運維管理，華能新能源云南分公司實施了集控中心建設項目，五子坡風場成為南方電網第一個實現遠程集控的風電場。

　　據介紹，接入集控中心后，風電場運維人員將工作重點轉移至機組維護和檢修，由集控中心承擔風電場遠程監視和控制的運值工作。風場運維逐步實現了向無人值班、少人值守模式轉變。

　　高效益不僅僅是經濟效益，五子坡風電項目再次印證了風電開發同樣可以兼顧良好的生態效益。

　　龐軍告訴記者，風電作為清潔可再生能源項目，在節約標煤、減排污染物方面具有明顯的環保效益，但同樣要避免風電開發建設過程中對生態環境可能造成的損害。為此，他們奉行“在保護中開發，在開發中保護”的原則，制定了完整的施工過程以及項目建成后的水土保持修復、植被恢復的方案，并且嚴格落到實處。

　　在大理這樣一個旅游勝地的邊上開發風電，無疑對項目的生態和環境保護提出了更高要求。

　　“施工過程中，針對噪音污染，合理安排施工時間，科學縮短工期；針對固體垃圾、廢水的處理，施工過程中產生的建筑垃圾嚴格實行定點堆放，并及時清運處理，避免二次污染；采用小型飛機放線，大大減少集電線路工程量，借助地理優勢避免了線路通道的砍伐，施工過程中控制臨時施工便道的使用，盡量保護已有的植被與灌木，合理規劃施工便道。”王啟江說。

　　據介紹，針對后期生態恢復，施工結束后，由于風電場惡劣的天氣情況及施工機械可能會導致部分植被死亡，項目公司選擇適宜物種進行定期補種，以保證整個場區的綠化效果，增加場地及周邊區域綠化覆蓋率；針對場內珍稀植被的保護，加大宣傳力度，對場區內主干道附近分布的紅豆杉、三尖杉國家重點保護植物有效避讓，同時加大保護力度，砌筑保護圍欄，懸掛保護宣傳標牌。

　　夏彥喆表示，當前云南省新能源政策形勢嚴峻，建議整機廠商研究適應復雜地形的大容量智能型風機，在提高項目發電量的同時最大程度減少林地占用面積。

　　延伸閱讀：中車株洲所為高海拔風場“量體裁衣”

　　在云南所有風電場中，華能大理五子坡風電場也許不是最早建設的一個，也并非年平均風速最低的一枝，但它卻是發電量、利用小時數、可利用率最高的一座。2014年~2016年，該風電場年發電量分別為59444.07千瓦時、62314.14千瓦時、55532.4千瓦時，年平均利用小時達4000小時，年平均可利用率高達99.75%，其中一臺風機在2016年的滿發小時數竟高達5200小時，數據令行業咋舌。

　　“華能大理五子坡風電場海拔高度在2450米~2850米之間，屬于高海拔風電場?？傄巹澦钠?，目前已投運了三期，裝機總容量148.5兆瓦，共安裝99臺中車株洲所生產的WT1500/D82/H70機型。”華能大理五子坡風電場場長王啟江接受中國電力報記者采訪時說，結合目前99臺風力發電機組整體運行情況，中車株洲電力機車研究所有限公司（簡稱“中車株洲所”）機組運行較為穩定，在機組性能、機組可利用率方面均能達到合同約定的相關要求。結合中車機組自身特點及風電場運維實際情況，未來雙方將在風力發電機組性能優化提升、技術服務與交流、運維服務、備件供應等方面進行合作。

　　憑借著年利用小時數、綜合場用電率、棄風率等指標，華能五子坡風電場贏得無數華　 麗頭銜———2012年度全國風電場發電量排名第一；2013年度華能系統內單位風場發電量排名第一；2013年度全國風電場生產運行統計指標對標競賽一等獎；2015年中國電力優質工程獎；2014~2015年度國家優質工程獎。這些成績單的背后，離不開中車株洲所先進的高海拔風電機組和解決方案。

　　彼時，作為中車株洲所高海拔風機的“拳頭產品”，WT1500高海拔型風力發電機組是中國中車結合軌道交通產品在高海拔特殊環境（青藏線）下成熟運行的技術經驗，考慮高原特殊因素打造的一款機型。該機型具有優良的低電壓穿越性能和控制性能，電氣性能優越，風能利用率高，運行范圍寬。

　　相對于常規的風電機組來說，該機型電氣系統設計完全滿足高海拔地區氣候特點要求，并具有更人性化的設計考慮。“針對五子坡風電場特殊的氣候條件，中車株洲所對該機型在防雷系統、強紫外線、防潮、電氣絕緣等方面都做了大量的針對性、定制化設計和改進，保證風電場的利用小時和收益。”王啟江告訴中國電力報記者。

　　“當前，云南省新能源政策形勢嚴峻，研究適應復雜地形的大容量、智能型風機勢在必行，在提高項目發電量的同時最大程度減少林地占用面積。”王啟江說，高海拔風電場運維的難點一方面是地處高原山地，自然災　 害如雷暴、雨雪、凝凍極端惡劣天氣對機組運行影響較大。另一方面是地處林區，線路巡視維護工作量大。加上道路蜿蜒曲折，占線長，等待維修工作時間較長。

　　華能大理五子坡風電場遇到的問題并非孤例。在南方許多高海拔、地形復雜區域，大容量、智能型風機呼之欲出，一方面能夠切實提高發電量，另一方面降低運行維護成本。

　　十年來，中車株洲所利用其在軌道交通領域強大的技術實力和深厚的技術沉淀，瞄準“高海拔”和“低風速”兩個方向主動出擊，先后推出了1.5兆瓦、2.0兆瓦、2.5兆瓦不同系列化的平臺產品，這些產品憑借其高可靠性、優秀的性能，贏得了用戶好評。2017年6月29日，在“中國中東南部風電開發研討會”召開之際，中車株洲所推出面向不同中低風速風區的系列化風機產品2.x兆瓦和3.x兆瓦平臺化風電機組，以及面向公眾開放的風資源智能分析平臺。

　　中車株洲所風電事業部總工程師高首聰介紹說：“由WT2000D121、WT2200D130、WT2500D126、WT2500D130等機型為核心的2.x兆瓦平臺化風電機組，涵蓋了不同風輪直徑、不同塔架高度的多款系列化產品，平臺下各機型能夠對不同區域、不同地形、不同風　 資源條件下形成有效的互補；平臺化產品物料復用率達到80%以上，極大降低產品線備品備件的儲量，提高了運行維護一致性和響應速度。中車株洲所2.x兆瓦機型通過最優選擇和組合方案，滿足不同風場規劃需求，實現最低度電成本，最大化的投資回報。”3.x兆瓦平臺產品可根據客戶需求及風場條件，在3.0兆瓦～3.6兆瓦之間定制額定功率；風輪直徑141、147米,具備中低風速全適應性、可利用率高等優勢，可實現年平均風速從5.8米/秒至7.5米/秒風場的有效開發。

　　中車株洲所風資源智能分析平臺可實現風電場信息共享互聯，高效、便捷、精準地完成查風、找風、圈風，為風電場宏觀選址提供數據支持；并提供了風電場氣候災害（極端氣溫、沙塵、雷暴、冰凍等）20年的特殊查詢功能，為實現風電機組選型與風電場氣候環境的協同匹配提供支撐。

　　此外，中車株洲所正在牽頭制定《高海拔型風力發電機組》國家標準，總結高海拔地區共性問題，從高海拔風力發電機組的安全性與經濟性兩方面，對機組提出設計要求。中車株洲所將積極組織全國專業標準化技術委員會，協同主編單位和參編單位，廣泛聽取意見，保證標準的質量和水平，按時完成《高海拔型風力發電機組》國家標準的制訂任務。