山地風(fēng)電項(xiàng)目微觀選址方法概述

文 | 寧洪濤

山地風(fēng)電項(xiàng)目微觀選址方法概述

文 | 寧洪濤

伴隨著中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，建設(shè)條件簡(jiǎn)單且風(fēng)能資源水平較高的優(yōu)質(zhì)風(fēng)電項(xiàng)目越來(lái)越少，同時(shí)“三北”地區(qū)限電形式日益嚴(yán)峻，限電相對(duì)較少的內(nèi)陸山地風(fēng)電項(xiàng)目逐漸進(jìn)入風(fēng)電開(kāi)發(fā)商視野，但山地項(xiàng)目通常有地形復(fù)雜、風(fēng)能資源水平一般、建設(shè)條件較差、造價(jià)成本較高等特點(diǎn)，故對(duì)微觀選址工作的精確性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的以風(fēng)能資源分布確定風(fēng)電機(jī)組排布方案的微觀選址方法已經(jīng)不能滿足山地項(xiàng)目的要求，只有在全面排除敏感制約因素的基礎(chǔ)上，以機(jī)位點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性作為機(jī)位去留的基本原則，在發(fā)電能力、建設(shè)條件、工程進(jìn)度、造價(jià)水平等因素之間達(dá)到最優(yōu)的平衡，才能保障山地風(fēng)電項(xiàng)目的收益最大化，從根本上保障投資決策的正確性。

整體原則

微觀選址設(shè)計(jì)單位應(yīng)從山地項(xiàng)目的風(fēng)能資源和建設(shè)條件兩個(gè)角度對(duì)風(fēng)電機(jī)組排布方案進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在排除環(huán)保、文物、居民點(diǎn)、軍事等敏感制約因素的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)可選機(jī)位點(diǎn)的風(fēng)能資源條件、機(jī)型適應(yīng)性以及道路、平臺(tái)、基礎(chǔ)、集電線路設(shè)計(jì)方案等各個(gè)維度進(jìn)行全面比較和充分論證，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)給出微觀選址的推薦方案和備用機(jī)位點(diǎn)方案，確保每個(gè)機(jī)位點(diǎn)無(wú)顛覆性敏感制約因素，保證項(xiàng)目微觀選址方案切實(shí)可行的同時(shí)達(dá)到經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

風(fēng)電機(jī)組廠家應(yīng)對(duì)各個(gè)機(jī)位點(diǎn)的平均風(fēng)速、入流角、風(fēng)切變、極限風(fēng)速等進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算并針對(duì)性的推薦適用機(jī)型，同時(shí)對(duì)全場(chǎng)及各機(jī)位點(diǎn)的發(fā)電量和風(fēng)電機(jī)組的安全性（包括疲勞載荷和極限載荷）進(jìn)行全面復(fù)核，確保機(jī)位選擇和風(fēng)電機(jī)組選型的合理性和安全性。另外，風(fēng)電機(jī)組廠家還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)條件的實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化道路運(yùn)輸和吊裝平臺(tái)的具體要求和實(shí)施方案，協(xié)助設(shè)計(jì)單位和風(fēng)電開(kāi)發(fā)商進(jìn)一步降低項(xiàng)目造價(jià)和施工難度。最后，風(fēng)電機(jī)組廠家應(yīng)結(jié)合上述因素提出微觀選址方案的優(yōu)化意見(jiàn)。

風(fēng)電開(kāi)發(fā)商應(yīng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)單位和風(fēng)電機(jī)組廠家共同完成微觀選址工作，對(duì)設(shè)計(jì)單位完成的微觀選址方案和風(fēng)電機(jī)組廠家完成的復(fù)核結(jié)果組織全方位的審查和評(píng)估，確保發(fā)電量計(jì)算模型及風(fēng)能資源評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性、建設(shè)條件及設(shè)計(jì)方案造價(jià)水平的合理性，從而保證全場(chǎng)及每個(gè)機(jī)位點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)性，滿足開(kāi)發(fā)商內(nèi)控經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求。

微觀選址至少應(yīng)形成的主要結(jié)論如下表所示：

表1 微觀選址主要結(jié)論表

（續(xù)表）

風(fēng)能資源評(píng)價(jià)

一、測(cè)風(fēng)塔數(shù)量

山地風(fēng)電項(xiàng)目地形復(fù)雜的因素為風(fēng)能資源評(píng)價(jià)工作帶來(lái)了極大的難度，雖然業(yè)內(nèi)已經(jīng)普遍采用CFD流體模型，但對(duì)于距離測(cè)風(fēng)塔較遠(yuǎn)，特別是處于紊流區(qū)以及海拔較低機(jī)位的風(fēng)能資源水平仍然很難精確評(píng)價(jià)，盡量樹(shù)立較多的測(cè)風(fēng)塔成為降低風(fēng)能資源評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的有效手段，建議山地風(fēng)電項(xiàng)目單座測(cè)風(fēng)塔代表半徑不宜超過(guò)5km，最好在3km以內(nèi)。如果條件允許，可以在場(chǎng)區(qū)內(nèi)每條山脊上至少樹(shù)立一座代表測(cè)風(fēng)塔同時(shí)開(kāi)展測(cè)風(fēng)。另外，對(duì)于評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域和機(jī)位點(diǎn)，可以進(jìn)行加密測(cè)風(fēng)，以進(jìn)一步降低風(fēng)能資源評(píng)價(jià)的不確定性，為微觀選址打好基礎(chǔ)。

二、模型驗(yàn)證

在進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組排布和發(fā)電量計(jì)算之前，首先應(yīng)該對(duì)風(fēng)能資源模型進(jìn)行驗(yàn)證，并通過(guò)調(diào)整粗糙度、熱穩(wěn)定度等模型參數(shù)，盡可能提高模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域風(fēng)能資源評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。模型驗(yàn)證通常有兩種方法：（1）交叉驗(yàn)證：場(chǎng)區(qū)內(nèi)有2座及以上測(cè)風(fēng)塔時(shí)，可以采用交叉評(píng)價(jià)驗(yàn)證的方式，通過(guò)調(diào)整模型使各測(cè)風(fēng)塔之間能夠相互準(zhǔn)確評(píng)價(jià)；（2）風(fēng)廓線驗(yàn)證：測(cè)風(fēng)塔通常會(huì)在不同高度進(jìn)行測(cè)風(fēng)，可以利用風(fēng)能資源模型對(duì)風(fēng)廓線進(jìn)行擬合，與實(shí)測(cè)風(fēng)廓線進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)調(diào)整參數(shù)使二者保持基本一致，這對(duì)風(fēng)電機(jī)組輪轂高度與測(cè)風(fēng)高度不一致的項(xiàng)目至關(guān)重要。

可選機(jī)位的確定

由于山地風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)位影響因素較多，不確定性和現(xiàn)場(chǎng)踏勘難度均較大，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)踏勘前做好室內(nèi)的準(zhǔn)備工作，盡可能多地選出可選機(jī)位點(diǎn)，以便現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作一步到位，盡量避免出現(xiàn)需要反復(fù)踏勘、影響項(xiàng)目進(jìn)度的情況。

一、可布風(fēng)電機(jī)組區(qū)域確定（敏感制約因素分析）

風(fēng)電項(xiàng)目可能碰到的敏感制約因素主要有基本農(nóng)田、林地、環(huán)境保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、航空管制區(qū)、軍事區(qū)、文物、壓礦、行政邊界、墳?zāi)?、居民點(diǎn)等，微觀選址前應(yīng)首先對(duì)場(chǎng)址區(qū)域內(nèi)的這些敏感制約因素進(jìn)行詳細(xì)分析，明確具體位置和規(guī)避要求，從而確定可以排布風(fēng)電機(jī)組的區(qū)域范圍。

二、可選機(jī)位的確定

確定風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可以排布風(fēng)電機(jī)組的區(qū)域范圍后，應(yīng)采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的風(fēng)能資源模型計(jì)算該區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能資源圖譜，掌握區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源的分布情況，同時(shí)，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組廠家的機(jī)位間距要求，盡可能多地在該區(qū)域內(nèi)布置風(fēng)電機(jī)組，不應(yīng)局限于風(fēng)電場(chǎng)核準(zhǔn)容量和風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)，并計(jì)算所有機(jī)位點(diǎn)的等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)。

根據(jù)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的價(jià)格以及塔筒、基礎(chǔ)、箱變等基本要素的造價(jià)情況，結(jié)合風(fēng)電開(kāi)發(fā)商對(duì)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的最低要求，計(jì)算出本項(xiàng)目單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)達(dá)到的最低等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)。利用該小時(shí)數(shù)對(duì)所有機(jī)位點(diǎn)進(jìn)行篩選，小于該小時(shí)數(shù)的機(jī)位點(diǎn)應(yīng)該放棄，其余機(jī)位點(diǎn)暫時(shí)作為可選機(jī)位，待現(xiàn)場(chǎng)踏勘后再做進(jìn)一步的篩選。

建設(shè)條件

山地風(fēng)電項(xiàng)目地形的復(fù)雜性導(dǎo)致每個(gè)機(jī)位的道路、平臺(tái)路等造價(jià)成本都不盡相同，故建設(shè)條件也成為了山地風(fēng)電項(xiàng)目微觀選址的重要因素，甚至導(dǎo)致機(jī)位點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性出現(xiàn)顛覆性的變化，直接影響機(jī)位點(diǎn)的去留及排序。

一、地形圖測(cè)繪要求

為準(zhǔn)確描繪山地風(fēng)電項(xiàng)目地形條件和精確估算道路、平臺(tái)等的工程量和造價(jià)，建議1:2000測(cè)繪地形圖至少應(yīng)保證覆蓋所有可選機(jī)位點(diǎn)和道路范圍。另外，機(jī)位點(diǎn)及道路沿線地形圖測(cè)繪應(yīng)以滿足設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，局部位置地形圖測(cè)繪比例尺應(yīng)達(dá)到1:500。

二、道路

根據(jù)可選機(jī)位點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組排布方案和風(fēng)電機(jī)組、塔筒等設(shè)備的運(yùn)輸要求，進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)道路和支線道路的初步設(shè)計(jì)，所產(chǎn)生的造價(jià)成本應(yīng)按道路具體方案分?jǐn)傇诓煌恢玫娘L(fēng)電機(jī)組上，而不是平均分?jǐn)?，為某個(gè)機(jī)位單獨(dú)產(chǎn)生的道路造價(jià)成本應(yīng)只分?jǐn)傇谠摍C(jī)位上。

三、平臺(tái)

山地項(xiàng)目每一個(gè)機(jī)位點(diǎn)的局部地形都不一致，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的吊裝要求進(jìn)行各個(gè)機(jī)位點(diǎn)的吊裝平臺(tái)設(shè)計(jì)，并計(jì)算相應(yīng)的工程量和造價(jià)。另外，機(jī)位點(diǎn)的海拔高度會(huì)隨著平臺(tái)挖方而降低，這通常會(huì)導(dǎo)致機(jī)位點(diǎn)發(fā)電量的下降，在計(jì)算機(jī)位發(fā)電量時(shí)，應(yīng)對(duì)地形圖機(jī)位點(diǎn)位置等高線根據(jù)平臺(tái)方案進(jìn)行相應(yīng)的修正，以確保發(fā)電量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

另外，集電線路、征地費(fèi)用等都可能因機(jī)位點(diǎn)的選擇產(chǎn)生較大的變化，相關(guān)造價(jià)成本也應(yīng)分?jǐn)傊粮鳈C(jī)位點(diǎn)，納入機(jī)位經(jīng)濟(jì)性比選內(nèi)容，作為機(jī)位去留及排序的影響因素。

表2 機(jī)型設(shè)計(jì)適用氣候條件參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)踏勘

微觀選址現(xiàn)場(chǎng)踏勘的主要目的是落實(shí)建設(shè)條件和敏感制約因素。踏勘前應(yīng)做好安全防范措施，根據(jù)可選機(jī)位點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)情況制定詳細(xì)的踏勘方案，明確踏勘路線，聘請(qǐng)當(dāng)?shù)叵驅(qū)Р⒆龊脩?yīng)急措施準(zhǔn)備。

設(shè)計(jì)單位、風(fēng)電機(jī)組廠家和開(kāi)發(fā)商應(yīng)共同參與現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作，對(duì)每個(gè)機(jī)位點(diǎn)的各方向照片（北、東、南、西、中）、平臺(tái)、道路、GPS坐標(biāo)等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行記錄和說(shuō)明，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)機(jī)位點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，并詳細(xì)列出現(xiàn)場(chǎng)踏勘后機(jī)位點(diǎn)調(diào)整情況，完成微觀選址現(xiàn)場(chǎng)踏勘機(jī)位記錄表。

風(fēng)電機(jī)組適用性和安全性復(fù)核

一、風(fēng)電機(jī)組適應(yīng)性

任何風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)都有其一定的適用氣候條件為前提，風(fēng)電機(jī)組適用氣候條件通常要考慮的指標(biāo)如下表所示：

山地項(xiàng)目各機(jī)位點(diǎn)風(fēng)能資源條件通常有一定的差別，特別是隨著大葉片低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)速變化0.2m/s－0.5m/s就有可能適用性價(jià)比更高的機(jī)型，風(fēng)電機(jī)組廠家應(yīng)根據(jù)各機(jī)位點(diǎn)風(fēng)能資源評(píng)價(jià)結(jié)果針對(duì)性地推薦適用機(jī)型，以保證風(fēng)電場(chǎng)整體收益的最大化。

除適用氣候條件外，風(fēng)電機(jī)組適應(yīng)性判斷還應(yīng)考慮不同機(jī)型在運(yùn)輸、吊裝等具體要求上的差異，以及由此可能導(dǎo)致的道路、平臺(tái)等設(shè)計(jì)方案和造價(jià)成本的變化，必須通過(guò)經(jīng)濟(jì)性的綜合比較，為各機(jī)位點(diǎn)推薦最適用的機(jī)型。

二、安全性復(fù)核

風(fēng)電機(jī)組廠家在微觀選址中最核心的作用是對(duì)各機(jī)位點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組安全性進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，每個(gè)機(jī)位點(diǎn)的空氣密度、平均風(fēng)速、威布爾分布、入流角、風(fēng)切變、湍流強(qiáng)度、極限風(fēng)速等參數(shù)均應(yīng)與該機(jī)位采用機(jī)型的設(shè)計(jì)適用氣候條件進(jìn)行對(duì)比，凡是超出設(shè)計(jì)值的機(jī)位點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行深入的疲勞和極限載荷計(jì)算，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全性進(jìn)行最終確認(rèn)。另外，各風(fēng)電開(kāi)發(fā)商和風(fēng)電機(jī)組廠家對(duì)單機(jī)的尾流損失及風(fēng)電機(jī)組間距通常也有內(nèi)部的控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于超出該標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)位也應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的載荷計(jì)算和安全性確認(rèn)，保證所有機(jī)位點(diǎn)風(fēng)電機(jī)組在壽命期內(nèi)均能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

推薦方案

一、推薦方案的確定（經(jīng)濟(jì)性比選）

微觀選址推薦方案的確定應(yīng)該結(jié)合上述所有的工作成果，對(duì)各機(jī)位點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行排序，同時(shí)綜合考慮施工和運(yùn)維難度，篩選出滿足風(fēng)電場(chǎng)核準(zhǔn)容量和風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)要求的主選機(jī)位點(diǎn)方案，刪除單臺(tái)經(jīng)濟(jì)性不滿足開(kāi)發(fā)商內(nèi)控指標(biāo)的機(jī)位點(diǎn)。

另外，鑒于微觀選址時(shí)地質(zhì)詳堪工作尚未完全開(kāi)展等不確定因素，項(xiàng)目施工過(guò)程中可能發(fā)生機(jī)位點(diǎn)變更的情況，建議將未納入主選方案但經(jīng)濟(jì)性滿足內(nèi)控指標(biāo)要求的機(jī)位點(diǎn)作為備用機(jī)位點(diǎn)，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)性排序給出備用機(jī)位點(diǎn)的推薦起用順序。主選和備用機(jī)位點(diǎn)共同作為微觀選址的最終推薦方案。

二、發(fā)電量深入分析

確定微觀選址推薦方案后，還應(yīng)對(duì)項(xiàng)目發(fā)電量進(jìn)行深入分析，除給出全場(chǎng)及每個(gè)機(jī)位點(diǎn)的平均風(fēng)速、等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)、尾流損失、經(jīng)濟(jì)性等主要結(jié)論參數(shù)外，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電項(xiàng)目長(zhǎng)系列參證站數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，對(duì)全場(chǎng)及各機(jī)位點(diǎn)發(fā)電量的年際和月度變化進(jìn)行詳細(xì)分析，給出全場(chǎng)及每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量在每年和每月的可能的合理波動(dòng)變化區(qū)間并進(jìn)行概率分布的分析。另外，對(duì)于發(fā)電量計(jì)算結(jié)果中的不確定性風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)給予描述和提示。

三、其他需要注意事項(xiàng)

（1）設(shè)計(jì)單位與風(fēng)電機(jī)組廠家應(yīng)在相同原始資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行“背靠背”的風(fēng)能資源評(píng)價(jià)和發(fā)電量計(jì)算，若出現(xiàn)部分機(jī)位點(diǎn)計(jì)算結(jié)論差異較大的情況應(yīng)引起重點(diǎn)關(guān)注，務(wù)必找出原因，降低評(píng)價(jià)錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。

（2）山地風(fēng)電項(xiàng)目中處于邊緣位置的機(jī)位點(diǎn)通常具有海拔低、風(fēng)速差、發(fā)電量小且軟件誤差風(fēng)險(xiǎn)更大的特點(diǎn)，同時(shí)，由于位置通常較遠(yuǎn)，還具有集電線路線損偏多、運(yùn)維難度偏大（導(dǎo)致運(yùn)維及時(shí)性稍差）的特點(diǎn)，故這些機(jī)位抗風(fēng)險(xiǎn)能力較弱，需要慎重對(duì)待。

（3）山地風(fēng)電項(xiàng)目中的風(fēng)能資源條件較好，但位置孤立機(jī)位點(diǎn)，通常具有運(yùn)維成本高、需單獨(dú)修建場(chǎng)內(nèi)道路的特點(diǎn)，而且由于地形復(fù)雜、平臺(tái)開(kāi)挖量一般較大，導(dǎo)致建設(shè)難度增加的同時(shí)還會(huì)使發(fā)電量降低，對(duì)于此類機(jī)位點(diǎn)應(yīng)綜合考慮多方因素慎重采用。

總結(jié)

山地風(fēng)電項(xiàng)目的微觀選址工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)在排除敏感制約因素的前提下，以經(jīng)濟(jì)性作為主要的機(jī)位選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)條件進(jìn)行微觀選址方案推薦。

本文篇幅有限，僅提出了山地風(fēng)電項(xiàng)目微觀選址的主要原則和基本方法，無(wú)法對(duì)具體操作流程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)描述。目前風(fēng)電行業(yè)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目微觀選址工作的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本文旨在拋磚引玉，希望能與風(fēng)電行業(yè)專家共同探討。

（作者單位 : 中廣核風(fēng)電有限公司）