陜西郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)淺析

王健

（西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 西安 710065）

陜西郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)淺析

王健

（西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 西安 710065）

歐盟、美國(guó)在分散式風(fēng)電方面取得了令人矚目的成就[1]，積極發(fā)展分散式風(fēng)電是我國(guó)今后風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)新方向。本文介紹了分散式風(fēng)電場(chǎng)及其優(yōu)勢(shì)，并對(duì)華能新能源陜西定邊郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，希望對(duì)分散式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)提供一些幫助。

分散式風(fēng)電場(chǎng)；風(fēng)能資源；機(jī)組選型

0 引言

近年，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，風(fēng)能資源豐富的“三北”及東部沿海地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速，風(fēng)電消納難題日益嚴(yán)峻[2]。2011 年，國(guó)家能源局通過(guò)發(fā)布《分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)分散式風(fēng)電項(xiàng)目的定義、核準(zhǔn)審批、項(xiàng)目規(guī)模等做了較為明確的要求。這意味著我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展戰(zhàn)略將由主要發(fā)展大型風(fēng)電基地轉(zhuǎn)為大型風(fēng)電基地與分散式開(kāi)發(fā)并舉的新階段[3]。

1 分散式風(fēng)電場(chǎng)的含義

根據(jù)國(guó)家能源局印發(fā)的相關(guān)通知，分散式風(fēng)電場(chǎng)的定義如下：分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目是指位于負(fù)荷中心附近,不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的,所產(chǎn)生的電力就近接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行消納的風(fēng)電項(xiàng)目。

分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)具備以下條件：

(1)利用電網(wǎng)現(xiàn)有的變電站和送出線路，不新建送出線路和輸變電設(shè)施；

(2)接入當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)110千伏或66千伏以下降壓變壓器；

(3)項(xiàng)目單元裝機(jī)容量原則上不大于所接入電網(wǎng)現(xiàn)有變電站的最小負(fù)荷，鼓勵(lì)多點(diǎn)接入；

(4)項(xiàng)目總裝機(jī)容量低于5萬(wàn)千瓦。

2 分散式風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)

（1）響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，因地制宜，優(yōu)化區(qū)域能源結(jié)構(gòu)。風(fēng)電是綠色能源，我國(guó)電力能源以火電、水電為主，大力發(fā)展風(fēng)電等綠色新能源，每發(fā)1kWh電，可節(jié)約煤炭資源320g，同時(shí)可以減少各類污染氣體的排放，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供新動(dòng)力。

（2）減小由于大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的沖擊和影響，降低電網(wǎng)調(diào)度難度[4]。過(guò)去5年，我國(guó)建成了多個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地，但是由于風(fēng)能本身的隨機(jī)性、間歇性和可預(yù)測(cè)性低，加上電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)相對(duì)滯后，大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)甚至更大區(qū)域電網(wǎng)還存在很多問(wèn)題。近幾年，棄風(fēng)限電已經(jīng)成為影響風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)瓶頸，分散式風(fēng)電可以減少此類影響。

（3）就近直接配入電網(wǎng)，減少了電能輸送環(huán)節(jié)的能量損失，提高能源利用效率，促進(jìn)負(fù)荷中心經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

（4）降低成本，分散電網(wǎng)的事故風(fēng)險(xiǎn)并緩解消納瓶頸，適合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)好、土地資源有限的地區(qū)。

3 國(guó)內(nèi)已建成的分散式風(fēng)電場(chǎng)情況

分散式風(fēng)電是我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)新方向，相對(duì)經(jīng)驗(yàn)較多的歐美市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)目前尚處于起步階段。據(jù)筆者了解，我國(guó)目前已建成的分散式風(fēng)電場(chǎng)有中廣核哈密地區(qū)69MW風(fēng)電場(chǎng)[3]和華能陜西定邊狼兒溝分散式風(fēng)電場(chǎng)。

華能陜西定邊狼兒溝分散式風(fēng)電場(chǎng)位于陜西省定邊縣城東南約15km的賀圈鎮(zhèn)狼兒溝村，場(chǎng)址區(qū)海拔高度在1500m－1550m之間，為黃土高原北部的黃土低崗斜坡，風(fēng)電場(chǎng)65m高度年平均風(fēng)速6.54m/s，風(fēng)功率密度為304W/m2。該風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)9MW，安裝6臺(tái)1500kW風(fēng)電機(jī)組，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)1882h，運(yùn)行電網(wǎng)為榆林西部電網(wǎng)，歸屬陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司，最大運(yùn)行負(fù)荷約350MW，依靠寧東電網(wǎng)送入四回110kV線路供電。狼兒溝分散式風(fēng)電場(chǎng)年實(shí)際利用小時(shí)數(shù)超過(guò)2300h，效益良好。

目前，包括新疆、云南、貴州、重慶等很多省區(qū)都在積極發(fā)展分散式風(fēng)電，2013年7月，貴州省簽約了總裝機(jī)量為1200MW的90個(gè)特許經(jīng)營(yíng)權(quán)風(fēng)電項(xiàng)目。由于分散式風(fēng)電本身的特點(diǎn)，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的健全，我國(guó)今后將會(huì)建成更多的分散式風(fēng)電場(chǎng)。

4 陜西定邊郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)

4.1 區(qū)域風(fēng)資源特點(diǎn)及電力系統(tǒng)概況

陜西省目前已查明的風(fēng)能資源較豐富區(qū)域主要位于陜北黃土高原長(zhǎng)城沿線區(qū)域，即定邊縣、靖邊縣、橫山縣、榆陽(yáng)區(qū)、神木縣；榆林市南部、延安市北部地區(qū)為風(fēng)能資源次豐富區(qū)；此外，渭北高海拔區(qū)域和秦巴山區(qū)高海拔區(qū)域也存在局部風(fēng)能資源可利用區(qū)。

陜北黃土高原長(zhǎng)城沿線區(qū)域風(fēng)能資源可利用面積較大，70m高度年平均風(fēng)速在6m/s－7m/s之間，是陜西省風(fēng)能資源最為豐富的地區(qū)。定邊縣屬風(fēng)能資源2級(jí)地區(qū)，其70m高度實(shí)測(cè)年平均風(fēng)速在5.6 m/s－6.9m/s之間，最多風(fēng)向主要分布在SSE-SSW區(qū)間，年平均風(fēng)功率密度在176W/ m2－290W/m2，年有效風(fēng)速時(shí)數(shù)多大于6500h，屬風(fēng)能資源可利用區(qū)。

陜西電網(wǎng)是西北電網(wǎng)的重要組成部分，位于西北電網(wǎng)的東部，以330kV輸電網(wǎng)為主網(wǎng)架，以110kV為配電網(wǎng)（系統(tǒng)內(nèi)有少量220kV電網(wǎng)）。屬于比較典型的以燃煤火電為主的電網(wǎng)。關(guān)中地區(qū)電網(wǎng)集中分布了全省接近90%的火電電源容量，水電則集中分布在陜南。

考慮定邊縣風(fēng)能資源和陜西電網(wǎng)特點(diǎn)，在定邊開(kāi)發(fā)分散式風(fēng)電場(chǎng)，可以有效地利用該地區(qū)風(fēng)能資源，為陜西電網(wǎng)提供新的電源，減少關(guān)中電網(wǎng)火電輸送至陜北電網(wǎng)的能量損失，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4.2 陜西定邊郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)概況

郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)位于陜西省定邊縣郝灘鄉(xiāng)，東經(jīng)108°07′21″－108°11′00″，北緯37°28′00″－37°29′16″之間，風(fēng)電場(chǎng)面積約9.7km2，場(chǎng)址位置如圖1。風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量10MW，設(shè)計(jì)安裝5臺(tái)2000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，場(chǎng)址南側(cè)3km處有一座7246#測(cè)風(fēng)塔，風(fēng)電場(chǎng)可就近接入西北約10km的安邊升壓站，該升壓站有35kV的預(yù)留間隔，所發(fā)電量可在當(dāng)?shù)叵{，符合分散式風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)建設(shè)條件。風(fēng)電場(chǎng)北側(cè)距307國(guó)道2km，定邊縣內(nèi)青銀高速、S303省道縱橫交錯(cuò)，對(duì)外交通較為便利。

4.3 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源分析

根據(jù)風(fēng)場(chǎng)附近7246#測(cè)風(fēng)塔資料分析，該風(fēng)電場(chǎng)的主風(fēng)向和主風(fēng)能方向?yàn)槟?S)風(fēng)，次風(fēng)向和次風(fēng)能方向?yàn)槟衔髂?SSW)，盛行風(fēng)向穩(wěn)定。風(fēng)速春季大，夏秋季小。該風(fēng)電場(chǎng)80m高度年有效風(fēng)速時(shí)數(shù)為7196h，風(fēng)速頻率主要集中在3.0m/s－10.0m/s，無(wú)破壞性風(fēng)速，風(fēng)速年內(nèi)變化小，全年均可發(fā)電。

用WAsP10.0軟件推算得到80m高度年平均風(fēng)速為5.96m/s，平均風(fēng)功率密度為211W/m2，威布爾參數(shù)A=6.70，k=2.04；50m高度年平均風(fēng)速為5.31m/s，平均風(fēng)功率密度為146W/m2，威布爾參數(shù)A=6.00，k=2.12。根據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》判定，該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率密度為1級(jí)。

圖1 華能郝灘分散式風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址位置圖

根據(jù)定邊氣象站計(jì)算50年一遇的最大風(fēng)速為34.79m/s，小于37.5m/ s。60m－90m高度15m/s風(fēng)速段湍流強(qiáng)度介于0.106－0.125之間。根據(jù)IEC61400－1(2005)標(biāo)準(zhǔn)判定，該風(fēng)電場(chǎng)可選用適合IECⅢb及以上安全等級(jí)的風(fēng)電機(jī)組。

4.4 風(fēng)電機(jī)組選型及發(fā)電量計(jì)算

該風(fēng)電場(chǎng)年平均風(fēng)速較小，風(fēng)電機(jī)組輪轂高度80m處年平均風(fēng)速為5.96m/s，為提高發(fā)電效率，有效利用本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源，擬選用大葉片低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組。近年來(lái)，低風(fēng)速機(jī)組發(fā)展很快，國(guó)內(nèi)各大主流風(fēng)電機(jī)組廠商均已開(kāi)發(fā)出大葉片、高輪轂適合低風(fēng)速（小于6m/s）地區(qū)的機(jī)組，主要機(jī)型有金風(fēng)GW93/87－1500kW、華銳SL89－1500kW、SL110－2000kW、國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力UP93/97－1500kW、UP105－2000kW、東汽FD108－2000kW、海裝102/111-－2000kW、上海電氣W105/111－2000kW、遠(yuǎn)景EN93－1500kW、明陽(yáng)MY110/104－2000kW、南車(chē)WT110－2000kW等機(jī)型。其中金風(fēng)、遠(yuǎn)景和上汽的部分低風(fēng)速機(jī)型已投產(chǎn)。

通常提高機(jī)組出力的方法很多，但在低風(fēng)速區(qū)域，年平均風(fēng)速較低，破壞性風(fēng)速較小，風(fēng)電機(jī)組的安全性要求較低。在這種風(fēng)況下，增加葉片長(zhǎng)度，提高單臺(tái)機(jī)組吸收的能量，成為主機(jī)廠商的普遍方法。

通過(guò)對(duì)比風(fēng)電機(jī)組的掃風(fēng)面積與功率比（見(jiàn)表1），可以看出，目前市場(chǎng)上低風(fēng)速機(jī)型的掃風(fēng)面積與功率比均大于4，有的甚至接近5，相比之下，傳統(tǒng)機(jī)組的掃風(fēng)面積功率比在3左右。顯而易見(jiàn)，低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組單位千瓦的掃風(fēng)面積更大，吸收的風(fēng)能更多，更有利于低風(fēng)速區(qū)域。

表1 各風(fēng)電機(jī)組參數(shù)及發(fā)電量比較表

郝灘風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)地形平坦，海拔1400m－1500m，主風(fēng)能方向?yàn)槟?S)風(fēng)，次主風(fēng)向和次主風(fēng)能方向一致均為南西南(SSW)，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，采用垂直于主風(fēng)向南風(fēng)（S）一排布置5臺(tái)2000kW風(fēng)電機(jī)組?？紤]道路、電氣線路投資，并避開(kāi)場(chǎng)內(nèi)兩條沖溝，本次微觀選址方案設(shè)計(jì)采用風(fēng)電機(jī)組間距為4D。各機(jī)組參數(shù)及發(fā)電量比較見(jiàn)表1。

由表1可以看出，掃風(fēng)面積功率比較大的機(jī)型，年利用小時(shí)數(shù)較多，風(fēng)能利用率較高，適合該風(fēng)電場(chǎng)使用，以提高發(fā)電量，增加投資利潤(rùn)。同時(shí)，該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)地形平坦，運(yùn)輸條件較好，便于大型運(yùn)輸、裝卸車(chē)輛進(jìn)入，因此推薦該風(fēng)電場(chǎng)采用方案1。

5 結(jié)論和展望

（1）陜北黃土高原區(qū)域風(fēng)能資源較為豐富，但由于高原地形復(fù)雜，許多風(fēng)能資源較好的區(qū)域均是農(nóng)田、森林、墳?zāi)?、油井等，集中式風(fēng)電開(kāi)發(fā)土地面積有限，并且送出消納困難，分散式風(fēng)電開(kāi)發(fā)有效的解決了這些問(wèn)題，是今后風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)方向，并為其他地區(qū)風(fēng)電發(fā)展提供了一些經(jīng)驗(yàn)。

（2）對(duì)于一些低風(fēng)速、靠近負(fù)荷中心的地區(qū)，采用大葉片、掃風(fēng)面積功率較大的低風(fēng)速型風(fēng)電機(jī)組，可以有效的提高風(fēng)能利用率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（3）若風(fēng)切變指數(shù)為正，通過(guò)增高風(fēng)電機(jī)組輪轂高度在一定程度上可增大風(fēng)速，提高機(jī)組發(fā)電量。但同時(shí)也增加了塔筒、運(yùn)輸?shù)韧顿Y成本，需作進(jìn)一步綜合比較和分析，本文未對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行分析。

[1] 于海洋,武國(guó)良,陳光,徐明宇,陳曉光,曲義.國(guó)外分散式風(fēng)力發(fā)電政策研究及對(duì)中 國(guó)的啟示[J].黑龍江電力,2013,35(3):236-238.

[2] 王彩霞,李瓊惠.促進(jìn)我國(guó)分散式風(fēng)電發(fā)展的政策研究[J].風(fēng)能,2013(9),46-52.

[3] 時(shí)璟麗.我國(guó)可再生能源發(fā)展綜述[J].自動(dòng)化博覽,2013(6),28-32.

[4] 范必.促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的思考[J].中國(guó)能源,2009,7-10.

[5] 沈漢琴, 黃山峰.基于分散式風(fēng)電的集控方案設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].太陽(yáng) 能,2013(13):22-25.

A Simple Analysis on Decentralized Wind Farm Development in Haotan

Wang Jian
（XiBei Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065, China）

The European Union and the United States have aThained great achivement[1]in the feld of decentralized wind power, which ofers a new arena for China's wind power development in the future. This paper introduces the basic knowledge about decentralized wind farm, and analyzes the wind resources of Haotan decentralized wind farm, a project of Huaneng Renewables Corporation Ltd.,in Dingbian county,Shaanxi province. This may ofer some help for further development of decentralized wind farm.

decentralized wind farm; wind energy resources; wind turbine generator selection

TM614

A

1674-9219（2013）12-0054-04

2013-10-22。

王健(1984- )，男，碩士研究生，助理工程師，目前就職于西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)分院，主要研究方向?yàn)轱L(fēng)能資源分析。