淺析西南山地風(fēng)電項目優(yōu)化設(shè)計

邱元慶

摘要：隨著風(fēng)電市場的逐漸飽和及上網(wǎng)電價的不斷下降，國內(nèi)對于風(fēng)力發(fā)電項目建設(shè)已經(jīng)逐步向精益化轉(zhuǎn)變，即用最小資源投資，獲得風(fēng)電項目全生命周期效益最大化。而貫穿整個風(fēng)電項目的全過程管理，其最根本目標(biāo)是提高效率、降低造價，風(fēng)電場優(yōu)化設(shè)計則是重要手段，決定了全場效率的優(yōu)劣以及造價的高低，本文結(jié)合筆者參建的西南山地風(fēng)電場實際案例，通過對項目部分階段優(yōu)化設(shè)計前后進(jìn)行對比，分析了其對風(fēng)電項目造價及全場效率的影響，總結(jié)了關(guān)鍵點(diǎn)，為后期風(fēng)電項目產(chǎn)生效益最大化提供科學(xué)的建設(shè)意見。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電項目；西南山地；優(yōu)化設(shè)計；造價；效率

國內(nèi)對于風(fēng)力資源的開發(fā)利用已經(jīng)進(jìn)入成熟階段，風(fēng)資源儲量逐漸減少，風(fēng)電加速平價上網(wǎng)，電力營銷逐步推行市場化交易，環(huán)、水保限制進(jìn)一步升級，都勢必將造成風(fēng)電項目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)急速下降。因此，我們對于全過程四個典型階段的優(yōu)化設(shè)計與實踐，即前期可研階段、施工準(zhǔn)備階段、新開工階段、施工階段，將成為平衡造價與效率的關(guān)鍵，其中的設(shè)備選型、系統(tǒng)工藝配置、基礎(chǔ)設(shè)計及總平面布置等，將是我們重點(diǎn)關(guān)注與分析的對象。

一、設(shè)備選型優(yōu)化案例

風(fēng)電機(jī)組作為主要設(shè)備，需結(jié)合風(fēng)能資源、地形地貌、交通運(yùn)輸和安裝條件等情況，對主流機(jī)型從不同單機(jī)容量、不同輪轂高度、不同葉片長度等方面進(jìn)行上網(wǎng)電量比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，要全面分析同一風(fēng)資源狀況下不同風(fēng)機(jī)廠家各種機(jī)型的風(fēng)能捕獲率，選擇單位電能靜態(tài)投資最低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳的機(jī)型，并優(yōu)先選用國產(chǎn)機(jī)組。

（一）優(yōu)化過程

A風(fēng)電項目位于貴州省北部山區(qū)，可研階段采用銀河GX113-2500機(jī)型，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量為2.5MW。優(yōu)化設(shè)計選擇單機(jī)容量為2MW或2.5MW兩種機(jī)型共五家風(fēng)機(jī)廠家進(jìn)行比選，對多種機(jī)組布置方案進(jìn)行優(yōu)化。同時，主要考慮三個因素：一是所推薦機(jī)型方案的發(fā)電量指標(biāo)優(yōu)越；二是該方案投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，抗風(fēng)險能力強(qiáng)；三是該方案度電成本低。

（二）優(yōu)化結(jié)果

通過對上述五種機(jī)型的比較，海裝H111-2000機(jī)型的發(fā)電量、機(jī)組投資、度電成本等各項綜合指標(biāo)上與其他方案相比具有較明顯的優(yōu)勢。兩階段相比較可知，可研階段本風(fēng)場年上網(wǎng)電量為101308MW.h，年利用小時數(shù)2133小時，經(jīng)過機(jī)型重新選擇，本風(fēng)場年上網(wǎng)電量為113214MW.h，年利用小時數(shù)2359小時，較原機(jī)型發(fā)電量增加了10.5%，風(fēng)能資源得到充分利用，發(fā)電效益更高。此外，優(yōu)化后機(jī)型含箱變后總投資為19680萬元，比原機(jī)型節(jié)省1457.5萬元。

二、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式優(yōu)化案例

基礎(chǔ)型式的優(yōu)化，需經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證比選，并在保證安全的情況下，合理確定設(shè)計裕度，優(yōu)化鋼筋和混凝土用量，尤其適合具有獨(dú)特的地形地貌以及對工期要求高的特點(diǎn)的西南山地風(fēng)電場。

（一）優(yōu)化過程

B風(fēng)電項目二期工程，位于貴州省西部山區(qū)，原風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計施工方案為普通圓形鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，優(yōu)化后使用新型預(yù)應(yīng)力錨桿筒式鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)增加了預(yù)應(yīng)力錨桿籠部分，有效地縮小了基礎(chǔ)底面積，造價低，且錨桿籠拼裝工藝成熟、易于施工，并且抗傾覆、抗疲勞能力強(qiáng)，特別適用于西南山地風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

（二）優(yōu)化結(jié)果

工程量方面，優(yōu)化后單個基礎(chǔ)比原方案的單個基礎(chǔ)節(jié)約鋼筋約46噸、基礎(chǔ)環(huán)19噸、混凝土方約280m3、基礎(chǔ)開挖約780 m3、回填約460 m3；造價方面節(jié)省248.77萬元；工期方面，在村民阻工及冬季極端天氣的不利因素影響下，節(jié)點(diǎn)工期按時完成；此外，預(yù)應(yīng)力松弛極低，從而降低后續(xù)安全風(fēng)險以及維護(hù)成本。

三、場內(nèi)道路優(yōu)化案例

山地風(fēng)電場道路普遍具有挖填工程量大、施工難度大等特點(diǎn)，因此，優(yōu)化道路優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)綜合考慮地形、地貌、已有設(shè)施的位置等影響因素，平衡好現(xiàn)場交通運(yùn)輸、場地施工、土地征用、整體布局等因素，以資源的最大化利用作為中心原則，一般盡可能利用原有道路，減少路徑長度，并控制道路等級和標(biāo)準(zhǔn)。

（一）優(yōu)化過程

B風(fēng)電項目二期工程原場內(nèi)道路設(shè)計施工方案為新修四條場內(nèi)線路，總長14.124km，土方開挖51034m3，石方開挖261491m3，回填133460m3。

針對B風(fēng)電場場內(nèi)實際地形地貌，主要對以下路段進(jìn)行優(yōu)化改線：1.石方比例大需爆破的路段；2.風(fēng)機(jī)機(jī)位遠(yuǎn)離主要施工區(qū)域，且現(xiàn)有道路不滿足運(yùn)輸要求；3.工程量大且道路彎道較多，安全性低的路段；4.無相應(yīng)風(fēng)機(jī)位又需在與進(jìn)場路交叉口處進(jìn)行大工程量改造的路段。

（二） 優(yōu)化結(jié)果

最終的優(yōu)化方案由原設(shè)計施工方案降低至三條場內(nèi)道路，總長11.267km，縮短約3km，土方開挖118973.26m3，石方開挖29524m3，回填127509.309m3，其中，減少石方開挖量237967 m3，因石方開挖造價遠(yuǎn)高于土方開挖，因此大幅度降低了工程造價，同時利用路基土石方開挖料，用作路基填筑及路面磨耗層填筑、路基支擋結(jié)構(gòu)砌筑等，比原有方案節(jié)省1605.95萬元。此外，新設(shè)計方案大大減少了植被破壞的面積以及施工難度，同時保證了節(jié)點(diǎn)工期及施工質(zhì)量。

四、集電線路優(yōu)化案例

風(fēng)電場場內(nèi)集電線路一般應(yīng)采用35kV架空線路，但由于西南山地風(fēng)電場一般處于高雷暴地區(qū)，且植被茂盛，多屬于林地，鑒于安全及環(huán)境因素，因此常采用埋地電纜型式，但造價偏高。

（一）優(yōu)化過程

A風(fēng)電項目集電線路工程，可研階段風(fēng)電場采用19臺風(fēng)機(jī)，選擇直埋電纜敷設(shè)方式，按6-7臺分為三組接入升壓站35kV母線，集電線路的總長度約25.62km。優(yōu)化階段風(fēng)電場采用24臺風(fēng)機(jī)，仍采用直埋電纜敷設(shè)方式，按8臺分為三組接入升壓站35kV母線，集電線路的總長度約28.26km。優(yōu)化階段比可研階段增加了5臺風(fēng)機(jī)機(jī)位，同時風(fēng)機(jī)布置范圍增大，導(dǎo)致集電線路的總長度增加2.64km。為節(jié)省投資，優(yōu)化階段35kV集電線路電纜由可研階段銅芯電纜改為安全、質(zhì)量、性能類似的鋁芯電纜。

（二）優(yōu)化結(jié)果

本次優(yōu)化后，35kV集電線路由原可研階段的銅芯電纜改為鋁芯電纜，其集電線路投資比原可研階段減少了294.53萬元，優(yōu)化后的工程總投資、單位千瓦動態(tài)投資相應(yīng)的降低。

五、結(jié)論與建議

（一）風(fēng)機(jī)選型優(yōu)化設(shè)計，直接影響施工準(zhǔn)備階段以及后續(xù)施工階段的各項安排，為設(shè)備采購、設(shè)備運(yùn)輸進(jìn)場、施工道路的標(biāo)準(zhǔn)以及施工節(jié)點(diǎn)工期提供了有效、準(zhǔn)確的依據(jù)，同時對年發(fā)電量、風(fēng)能利用率、工程造價和總投資等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面的顯著提升都起到了至關(guān)重要的作用；

（二）風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式、場內(nèi)道路及集電線路優(yōu)化設(shè)計，對施工難度、施工工期、施工工藝質(zhì)量、征地移民、工程造價、后期維護(hù)及環(huán)境與水土保持等方面均具有積極影響，大幅提高了山地風(fēng)電項目的經(jīng)濟(jì)性、可行性及安全性，也為后續(xù)工程提供了新設(shè)計方案參考；

（三）優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵在于可研、設(shè)計、施工準(zhǔn)備及施工階段中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的把控以及堅持過程控制。針對西南山地風(fēng)電項目，尤其應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)機(jī)選型、集電線路、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式、場內(nèi)道路等方面，并將其對應(yīng)的每一階段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計、方案比選等相關(guān)工作，持續(xù)不斷地對項目造價、工期等進(jìn)行把控，使優(yōu)化設(shè)計融入到常態(tài)化的工程管理體系中，以面對更加嚴(yán)峻的風(fēng)電市場，建設(shè) “工期短、質(zhì)量優(yōu)、造價低、效益好”的精品工程；

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