微觀選址對低風(fēng)速山地風(fēng)電場收益影響分析

文 | 肖書敏，李小倩

對于復(fù)雜地形下的低風(fēng)速風(fēng)電場來說，機位排布恰當(dāng)與否直接影響項目建成投產(chǎn)后的風(fēng)能資源利用率、風(fēng)電場年發(fā)電量、項目收益等。如何實現(xiàn)在低風(fēng)速復(fù)雜山地風(fēng)電場中用更少的投資獲得更大的收益是一個值得深入探究的問題，而微觀選址是風(fēng)電機組排布過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在微觀選址過程中不斷優(yōu)化方案可降低風(fēng)電場的投資，提升整個項目的收益率。本文以一個南方低風(fēng)速復(fù)雜山地風(fēng)電場為例，通過在微觀選址過程中不斷精耕細(xì)作，多方案比選，鎖定最優(yōu)排布方案，從而降低整個項目的投資，提升收益率。

微觀選址方案及布機原則

風(fēng)電場微觀選址工作涉及了氣象、地質(zhì)、交通、電力等諸多領(lǐng)域，在微觀選址之前要根據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)能資源條件初步排布機位，明確風(fēng)電機組布置原則。根據(jù)《風(fēng)電場工程規(guī)劃報告編制辦法》《風(fēng)電場場址選擇技術(shù)規(guī)定》及近年來編制的項目建議書、可研報告、初設(shè)報告的相關(guān)經(jīng)驗，在進(jìn)行風(fēng)電場的設(shè)計及建設(shè)前，為便于今后的設(shè)計、建設(shè)工作順利開展，需落實如下建場條件：

（1）礦藏分布圖：是否存在壓覆礦及采空區(qū)；（2）所在區(qū)域土地屬性分布（基本農(nóng)田、一般農(nóng)田、荒地、草地、林地等）；（3）所在區(qū)域及其附近地上、地下文物分布；（4）所在區(qū)域交通（公路）現(xiàn)狀圖及規(guī)劃資料；（5）所在區(qū)域旅游區(qū)、景點相關(guān)資料；（6）所在區(qū)域自然保護(hù)區(qū)、候鳥遷徙路線相關(guān)資料；（7）所在區(qū)域軍事設(shè)施分布情況；（8）所在區(qū)域民居分布情況；（9）所在區(qū)域電力線路、設(shè)施分布情況。

在落實建場條件之后，即可在排除以上限制性因素的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行機位排布。風(fēng)電場通過風(fēng)電機組把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)流經(jīng)過葉輪后速度下降并產(chǎn)生紊流，在沿著風(fēng)向經(jīng)過一定距離之后風(fēng)速才會恢復(fù)。因此，在布置風(fēng)電機組時，應(yīng)使沿著主導(dǎo)風(fēng)能的風(fēng)電機組距離越大越好。但是，這樣會使寶貴的風(fēng)能資源和土地資源得不到合理利用，還增加了機組間電纜和道路的長度，使得投資增加，而獲得的發(fā)電量并不是很多，降低了整個風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性。因此，在布置風(fēng)電機組時，關(guān)鍵是尋找投資和資源開發(fā)利用量的結(jié)合點，恰當(dāng)平衡兩者的關(guān)系，同時還要根據(jù)實際的地形和地域情況，因地制宜地優(yōu)化布置。布置原則為：

（1）首先應(yīng)充分考慮場址內(nèi)盛行風(fēng)向、風(fēng)速等風(fēng)況條件。在同等風(fēng)況條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮那些地形地質(zhì)條件良好且便于運輸安裝的場地進(jìn)行布置。

（2）進(jìn)行多方案比選，精細(xì)調(diào)整機位，在投資、建設(shè)安裝難度、發(fā)電效益方面取得最佳平衡，努力提高綜合效益，減少投資成本，降低建設(shè)安裝難度，提高發(fā)電量，爭取風(fēng)電場綜合效益最優(yōu)化。

（3）避免無效機位。如項目場址內(nèi)農(nóng)田、村莊較多，預(yù)計在土地、林地、環(huán)保、水土保持、村民利益等方面會遇到較多限制。在設(shè)計中需全面考慮地類、環(huán)保、水土保持等要求，避免無效機位，做好預(yù)備方案，盡量減少機位調(diào)整，特別是大規(guī)模的調(diào)整。

（4）合理集中機位。如果分散布置風(fēng)電機組，雖可獲得相對較高的發(fā)電量，但線路、道路較長，建設(shè)安裝難度較大，反而降低了綜合效益。因此，在綜合考慮線路、道路、建設(shè)安裝難度等問題并保證發(fā)電量的前提下，集中機位以取得發(fā)電量、線路、道路、建設(shè)安裝難度的最佳平衡，降低投資，提高風(fēng)電場的綜合效益。

微觀選址及優(yōu)化

微觀選址作業(yè)分為內(nèi)業(yè)和外業(yè)兩個階段，首先是進(jìn)行內(nèi)業(yè)工作，接著在內(nèi)業(yè)工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行外部作業(yè)。微觀選址外業(yè)工作完成后，再根據(jù)項目具體情況不斷優(yōu)化，從而得到科學(xué)合理的機位排布方案。

微觀選址內(nèi)業(yè)的工作內(nèi)容包括：

（1）綜合考慮風(fēng)電場地形、地表粗糙度、障礙物等，并合理選用風(fēng)電場各測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)，利用風(fēng)能資源仿真計算軟件進(jìn)行流場模擬；

（2）根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源分布情況和具體地形條件，兼顧單機發(fā)電量和風(fēng)電機組間的相互影響，擬定若干個風(fēng)電機組布置方案，對風(fēng)電機組布置進(jìn)行比選優(yōu)化；

（3）從發(fā)電量、道路與線路路徑、安裝平臺選取等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定風(fēng)電機組最終布置方案，繪制出風(fēng)電機組布置圖。

微觀選址外業(yè)工作主要為確定各機位的現(xiàn)場條件，綜合考慮風(fēng)能資源、地質(zhì)、交通運輸、施工、輸變電、工程規(guī)模、遠(yuǎn)期規(guī)劃、地方政府意見等方面。根據(jù)各風(fēng)電機組機位現(xiàn)場條件，對部分機位進(jìn)行優(yōu)化微調(diào)，對少數(shù)不滿足建設(shè)條件的機位進(jìn)行調(diào)換，最終確定風(fēng)電機組機位，并在現(xiàn)場定樁標(biāo)記。

微觀選址外業(yè)工作完成后，應(yīng)對現(xiàn)場確定的機位進(jìn)行風(fēng)能資源分析復(fù)核，確保所定機位合理。同時要根據(jù)業(yè)主反饋意見、風(fēng)電機組生產(chǎn)廠家復(fù)核結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，以最終確定機位。

微觀選址是一項反復(fù)迭代、不斷調(diào)整優(yōu)化的工作，也是一項需要進(jìn)行全過程質(zhì)量管理的工作，只有在每一環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的計算分析，不厭其煩地作方案對比，才能得到科學(xué)合理的機位布置方案。微觀選址工作流程如圖1所示。

圖1 微觀選址流程

案例分析

本文以一個南方低風(fēng)速山地風(fēng)電場為例，采用如上所述的復(fù)雜地形下的精細(xì)化微觀選址方法進(jìn)行機位排布。

一、項目概況

該項目位于江西省南部，場區(qū)地形為低山和丘陵，屬于羅霄山系諸廣山余脈，海拔260～530m。場區(qū)內(nèi)山勢連綿起伏，溝壑較多，植被茂密，喬木、灌木、草坡混雜，溝壑內(nèi)有較多農(nóng)田、村莊分布。本期工程裝機容量30MW，安裝單機容量2MW的風(fēng)電機組15臺。此項目有5座測風(fēng)塔，測風(fēng)塔及風(fēng)電機組位置如圖2所示，測風(fēng)塔配置如表1所示。

表1 測風(fēng)塔信息

二、風(fēng)能資源分析

通過分析該風(fēng)電場的測風(fēng)塔數(shù)據(jù)，cft01、cft02、cft03、cft04、cft05 測風(fēng)塔的80m高度代表年風(fēng)速分別為5.11m/s、4.84m/s、5.09m/s、5.23m/s、4.64m/s，風(fēng)功率密度分別為140W/m2、131W/m2、144W/m2、168W/m2、104W/m2。 風(fēng) 電場全年盛行風(fēng)向相對集中，基本位于N、S扇區(qū)，也分布在NNW扇區(qū)，盛行風(fēng)向為北風(fēng)、南風(fēng)；風(fēng)能密度分布集中程度較高，基本集中于N、S、NNW扇區(qū)，全年盛行風(fēng)向和風(fēng)能密度分布方向基本一致，有利于風(fēng)能的開發(fā)利用。cft01、cft02、cft03、cft04、cft05測風(fēng)塔各高度標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下的50年一遇最大風(fēng)速均小于37.5m/s，80m高度15m/s風(fēng)速區(qū)間的平均湍流強度分別為0.14、0.12、0.13、0.12、0.11，符合國際電工協(xié)會IEC61400-1（2005）標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于ⅢB類風(fēng)電機組的等級要求。因此，該風(fēng)電場既可以采用ⅢB類及以上等級的風(fēng)電機組，也可以采用S類風(fēng)電機組。

表2 優(yōu)化前后的經(jīng)濟(jì)性對比分析

三、精細(xì)化微觀選址

在可研階段時，F(xiàn)01－F03機位排布在風(fēng)電場的東側(cè)（綠色機位），F(xiàn)01－F03機位點距離其他機位較遠(yuǎn)。在風(fēng)電場初步設(shè)計階段，深入研究了此風(fēng)電場的地形及風(fēng)能資源特性，對比分析了不同輪轂高度的多種機型比選方案。評價一種方案的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時來考慮，應(yīng)以綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)予以評價。除發(fā)電量，風(fēng)電機組的價格、塔筒、基礎(chǔ)、箱變、線路、道路以及變電所等也都是影響機型方案選擇的重要因素。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：在前期方案中，整個風(fēng)電場的道路、集電線路成本較高，從而會增加整體投資，降低項目的抗風(fēng)險能力。綜合考慮以上微觀選址優(yōu)化方法，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析得出了優(yōu)化方案，即將原來在風(fēng)電場東側(cè)較遠(yuǎn)處的F01－F03號機位舍棄，在北側(cè)較近的地方選取3個機位，重新進(jìn)行風(fēng)電場設(shè)計。

優(yōu)化前后的風(fēng)電場發(fā)電量、道路、集電線路發(fā)生如下變化：

發(fā)電量方面，調(diào)整前代表年年上網(wǎng)電量0.5579億千瓦時，等效滿發(fā)小時數(shù)1860h，容量系數(shù)0.2122。調(diào)整后代表年年上網(wǎng)電量0.5527億千瓦時，等效滿發(fā)小時數(shù)1842h，容量系數(shù)0.2103。

道路方面，機位變更前：風(fēng)電場運輸場內(nèi)檢修路總長29.9km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長18km，改建現(xiàn)況3.5m寬碎石路11.9km。變更后：風(fēng)電場運輸場內(nèi)檢修路總長24.3km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長14.7km，改建現(xiàn)況3.5m寬碎石路9.6km。變更后，道路長度由29.9km減少至24.3km，減少5.6km。

本工程集電線路分為A、B兩回，A回集電線路連接F01－F03風(fēng)電機組，B回集電線路連接F04－F15風(fēng)電機組。F01－F03風(fēng)電機組調(diào)整到FJ1－FJ3后，A回集電線路將發(fā)生變化，對B回集電線路無影響。變更后，A回線路長度由6.7km縮短至5km，減少1.7km。

根據(jù)2018年第二季度的價格水平、國家能源局發(fā)布的《陸上風(fēng)電場工程設(shè)計概算編制規(guī)定及費用標(biāo)準(zhǔn)》（2011版）和《陸上風(fēng)電場工程概算定額》（2011版）的通知及其附件、《關(guān)于建筑業(yè)營業(yè)稅改增值稅后陸上風(fēng)電場工程計價依據(jù)調(diào)整實施意見》可再生定額〔2016〕32號文件、《電力工程裝置性材料預(yù)算價格》、《建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價方法與參數(shù)》（第三版）發(fā)改投資〔2006〕1325號等規(guī)定及現(xiàn)行的有關(guān)財稅政策，對風(fēng)電場工程優(yōu)化前后的兩種方案進(jìn)行詳細(xì)的工程概算及財務(wù)評價，得到如表2所示的經(jīng)濟(jì)性對比分析結(jié)果。

調(diào)整后，年上網(wǎng)電量由5579.1萬千瓦時減少至5527.4 萬千瓦時，減少51.7萬千瓦時；總投資由23346.44萬元減少至22937.78萬元，總投資減少408.66萬元；項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率由9.83%增加至10.21%；資本金財務(wù)內(nèi)部收益率由16.27%增加至17.58%。結(jié)合道路、集電線路等因素集中機位后，發(fā)電量雖有所降低，但整個項目的收益率有所增長，同時也提高了項目的抗風(fēng)險能力，且有利于項目運營期的維護(hù)管理。

攝影：申玉棟

結(jié)論

隨著我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，陸上風(fēng)電場可開發(fā)風(fēng)速的水平不斷下探，如何最大限度地開發(fā)利用好低風(fēng)速風(fēng)能資源，已經(jīng)成為當(dāng)前風(fēng)電領(lǐng)域內(nèi)一個值得深入研究的重要課題。微觀選址作為風(fēng)電場開發(fā)流程中的重要一環(huán)，對風(fēng)電場項目的經(jīng)濟(jì)性評價和機組選擇起重要指導(dǎo)作用。在微觀選址過程中，只有深入研究風(fēng)電場的風(fēng)能資源及地形因素，設(shè)計出科學(xué)的布機方案，匹配最適合的機型，才能從源頭上控制項目的投資額，提升項目的收益率，降低風(fēng)電項目的投資風(fēng)險，最大化地為客戶創(chuàng)造價值。