高海拔风电如何实现高效益？这篇文章告诉你

　　十年前，当高原风电还是风电开发禁区的时候，华能集团成为“第一个吃螃蟹的人”，成功在云南开发了全国首个高海拔风电场，打破了云贵川高原地区不适宜建风电场的传统观念，也正式拉开了云南风电开发的大幕。

　　如今，华能集团在云南投运了20多座风电场。作为其中的代表项目，大理五子坡风电场以高发电量成为滇西地区的标杆风场。

　　他们在高原风电开发和运维上获得了哪些经验？如何做到风机利用小时数远超可研设计的利用小时数？又是如何兼顾经济效益和生态效益？

　　“风、花、雪、月”并称大理四绝为世人所知。苍山洱海间的风让下关成为着名的“风城”，也为大理风电开发提供了基础性条件。

　　位于大理州大理市、巍山县、弥渡县交界的山脊和台地上的五子坡风电场，海拔在2600米左右，投运首年可利用小时数即超过3600小时，成为当年的全国发电冠军。2016年风机利用小时数超过3700小时，在空气相对稀薄、年平均风速7米/秒左右的情况下发电超过5亿千瓦时；2015年风机利用小时数超过4000小时，发电超过6亿千瓦时。

　　根据中国能建云南院此前的可研数据，五子坡风电场的可研年平均风速为8米左右，空气密度约为0.853kg/m3，可研设计的年平均可利用小时数为2800小时。这意味着，五子坡风电场的表现已远远超出预期。该项目凭借骄人的业绩获得国家优质工程奖、中国电力优质工程等多项国家级奖项。

　　华能新能源云南分公司综合部经理夏彦喆介绍说，五子坡风场规划了四期，已投运三期，装机总容量14.85万千瓦，安装了99台中车株洲电力机车研究所有限公司(简称“中车株洲所”)提供的WT1500 1.5兆瓦风电机组。工程概算总投资约15亿元，实际总投资约12亿元，工程单位千瓦造价约8300元/千瓦时，节省投资近3亿元。

　　针对工程区地形地貌复杂，成风机理差异大，气候条件多变，地质灾害多发，交通运输条件差等恶劣条件，作为设计单位，中国能建云南院在微观选址、场内道路、吊装平台、风机基础、升压站及集电线路等多方面都提出了系统、科学、经济合理的设计方案。

　　“在五子坡风电场的建设过程中，我们并非单纯的设备供应商。在前期预可研阶段，我们也与业主、设计院所密切沟通，不断优化解决方案。针对高原的雷暴、紫外线强等特殊条件，在机组的设计过程中融入了个性化的因素，相当于提供了定制化服务。”中车株洲所技术中心主任王靛告诉记者。

　　华能新能源云南分公司规划部经理庞军说，正是在业主单位、设计院所、设备提供商的通力合作下，针对高海拔特点，前期做了很多诸如防雷、绝缘等适应性设计，最终为风电场的优异表现奠定了坚实基础。

　　“风电场发电量高，是多种因素共同作用的结果。”五子坡风电场场长王启江告诉记者，“首先，风场的风资源条件相对较好，风速比较均匀、风向比较固定。其次，与合理的前期设计、精准的微观选址、科学的机组选型、精细的风场运维密切相关。再次，五子坡风场是第一个接入云南省省调直调的风场，外送通道条件非常好。”

　　五子坡风场一期项目于2010年开始建设，1.5兆瓦风机是当时的主流机型。“那时，专门运用于高海拔地区的1.5兆瓦风机非常少，中车株洲所在轨道交通领域积累了丰富的高海拔运行经验，他们将这些经验复制到风机设备制造中。”夏彦喆说，“风机选型主要根据风电场的风速情况及湍流强度等因素综合考虑，优化选用大叶片、变桨变速的机型保证风机的功率和经济效益最大化。风机的布置根据风电场风能资源条件、地形条件等因素综合考虑，结合已经运行的高山风电场经验，风机布置采取沿山脊单排布置为主，部分风能资源好的区域采用前后排左右错开的方式多排布机。”

　　据介绍，以五子坡风场的经验来看，高海拔风电场运维也有自己的难点和特点：高原山地区域，自然灾害如雷暴、雨雪、凝冻极端恶劣天气对机组运行影响较大；地处林区，线路巡视维护工作量大；道路蜿蜒曲折，占线长，等待维修工作时间较长。

　　王启江告诉记者，为了提升精细化运维水平，一是狠抓设备治理，提升机组运行性能，着重关注机组的防雷性能，同时密切关注天气变化情况，加强设备的巡视检查与维护，在极端恶劣天气情况下，主动积极采取相应措施，避免故障范围的进一步扩大；二是优化线路设计，减少线路在迎风坡的建设，并结合区域地段的自然环境，提升线路覆冰、雷击的能力，降低输电线路故障次数；三是强化现场运维工作管理，转变被动检修的思维模式，做到事前有计划、有安排，工作有落实，减少人力、物力不必要的消耗或等待。

　　五子坡风场一期2012年初投运，二期2012年中投运，三期2013年初投运。除了日常的运维外，伴随风机投运年限的增长，外部环境条件的改变，技改工作同样必不可少。

　　据介绍，五子坡风场投运后，中车株洲所实施了防雷、主传动链、变频器、润滑系统等多项技改。特别是防雷技改和功率曲线的优化明显提升了发电量。“按照可研数据，五子坡风场的年均雷暴天数多达55天左右。虽然风机本身都有避雷设计，但雷暴天气对于线路的影响比较明显。通过技改优化，故障率大幅降低，风机可利用率从2012年的96.35%提高到2016年的99.45%，技改后进一步提升了机组的运行性能及运行稳定性。”王启江说。未来，双方还将继续在风力发电机组性能优化提升、技术服务与交流、运维服务、备件供应等方面进行合作。

　　为发挥区域规模化优势，利用先进的信息技术采取集约化、专业化管理，实现区域内风电场的集中监控、综合数据分析和统一运维管理，华能新能源云南分公司实施了集控中心建设项目，五子坡风场成为南方电网第一个实现远程集控的风电场。

　　据介绍，接入集控中心后，风电场运维人员将工作重点转移至机组维护和检修，由集控中心承担风电场远程监视和控制的运值工作。风场运维逐步实现了向无人值班、少人值守模式转变。

　　高效益不仅仅是经济效益，五子坡风电项目再次印证了风电开发同样可以兼顾良好的生态效益。

　　庞军告诉记者，风电作为清洁可再生能源项目，在节约标煤、减排污染物方面具有明显的环保效益，但同样要避免风电开发建设过程中对生态环境可能造成的损害。为此，他们奉行“在保护中开发，在开发中保护”的原则，制定了完整的施工过程以及项目建成后的水土保持修复、植被恢复的方案，并且严格落到实处。

　　在大理这样一个旅游胜地的边上开发风电，无疑对项目的生态和环境保护提出了更高要求。

　　“施工过程中，针对噪音污染，合理安排施工时间，科学缩短工期；针对固体垃圾、废水的处理，施工过程中产生的建筑垃圾严格实行定点堆放，并及时清运处理，避免二次污染；采用小型飞机放线，大大减少集电线路工程量，借助地理优势避免了线路通道的砍伐，施工过程中控制临时施工便道的使用，尽量保护已有的植被与灌木，合理规划施工便道。”王启江说。

　　据介绍，针对后期生态恢复，施工结束后，由于风电场恶劣的天气情况及施工机械可能会导致部分植被死亡，项目公司选择适宜物种进行定期补种，以保证整个场区的绿化效果，增加场地及周边区域绿化覆盖率；针对场内珍稀植被的保护，加大宣传力度，对场区内主干道附近分布的红豆杉、三尖杉国家重点保护植物有效避让，同时加大保护力度，砌筑保护围栏，悬挂保护宣传标牌。

　　夏彦喆表示，当前云南省新能源政策形势严峻，建议整机厂商研究适应复杂地形的大容量智能型风机，在提高项目发电量的同时最大程度减少林地占用面积。

　　延伸阅读：中车株洲所为高海拔风场“量体裁衣”

　　在云南所有风电场中，华能大理五子坡风电场也许不是最早建设的一个，也并非年平均风速最低的一枝，但它却是发电量、利用小时数、可利用率最高的一座。2014年~2016年，该风电场年发电量分别为59444.07千瓦时、62314.14千瓦时、55532.4千瓦时，年平均利用小时达4000小时，年平均可利用率高达99.75%，其中一台风机在2016年的满发小时数竟高达5200小时，数据令行业咋舌。

　　“华能大理五子坡风电场海拔高度在2450米~2850米之间，属于高海拔风电场。总规划四期，目前已投运了三期，装机总容量148.5兆瓦，共安装99台中车株洲所生产的WT1500/D82/H70机型。”华能大理五子坡风电场场长王启江接受中国电力报记者采访时说，结合目前99台风力发电机组整体运行情况，中车株洲电力机车研究所有限公司（简称“中车株洲所”）机组运行较为稳定，在机组性能、机组可利用率方面均能达到合同约定的相关要求。结合中车机组自身特点及风电场运维实际情况，未来双方将在风力发电机组性能优化提升、技术服务与交流、运维服务、备件供应等方面进行合作。

　　凭借着年利用小时数、综合场用电率、弃风率等指标，华能五子坡风电场赢得无数华　 丽头衔———2012年度全国风电场发电量排名第一；2013年度华能系统内单位风场发电量排名第一；2013年度全国风电场生产运行统计指标对标竞赛一等奖；2015年中国电力优质工程奖；2014~2015年度国家优质工程奖。这些成绩单的背后，离不开中车株洲所先进的高海拔风电机组和解决方案。

　　彼时，作为中车株洲所高海拔风机的“拳头产品”，WT1500高海拔型风力发电机组是中国中车结合轨道交通产品在高海拔特殊环境（青藏线）下成熟运行的技术经验，考虑高原特殊因素打造的一款机型。该机型具有优良的低电压穿越性能和控制性能，电气性能优越，风能利用率高，运行范围宽。

　　相对于常规的风电机组来说，该机型电气系统设计完全满足高海拔地区气候特点要求，并具有更人性化的设计考虑。“针对五子坡风电场特殊的气候条件，中车株洲所对该机型在防雷系统、强紫外线、防潮、电气绝缘等方面都做了大量的针对性、定制化设计和改进，保证风电场的利用小时和收益。”王启江告诉中国电力报记者。

　　“当前，云南省新能源政策形势严峻，研究适应复杂地形的大容量、智能型风机势在必行，在提高项目发电量的同时最大程度减少林地占用面积。”王启江说，高海拔风电场运维的难点一方面是地处高原山地，自然灾　 害如雷暴、雨雪、凝冻极端恶劣天气对机组运行影响较大。另一方面是地处林区，线路巡视维护工作量大。加上道路蜿蜒曲折，占线长，等待维修工作时间较长。

　　华能大理五子坡风电场遇到的问题并非孤例。在南方许多高海拔、地形复杂区域，大容量、智能型风机呼之欲出，一方面能够切实提高发电量，另一方面降低运行维护成本。

　　十年来，中车株洲所利用其在轨道交通领域强大的技术实力和深厚的技术沉淀，瞄准“高海拔”和“低风速”两个方向主动出击，先后推出了1.5兆瓦、2.0兆瓦、2.5兆瓦不同系列化的平台产品，这些产品凭借其高可靠性、优秀的性能，赢得了用户好评。2017年6月29日，在“中国中东南部风电开发研讨会”召开之际，中车株洲所推出面向不同中低风速风区的系列化风机产品2.x兆瓦和3.x兆瓦平台化风电机组，以及面向公众开放的风资源智能分析平台。

　　中车株洲所风电事业部总工程师高首聪介绍说：“由WT2000D121、WT2200D130、WT2500D126、WT2500D130等机型为核心的2.x兆瓦平台化风电机组，涵盖了不同风轮直径、不同塔架高度的多款系列化产品，平台下各机型能够对不同区域、不同地形、不同风　 资源条件下形成有效的互补；平台化产品物料复用率达到80%以上，极大降低产品线备品备件的储量，提高了运行维护一致性和响应速度。中车株洲所2.x兆瓦机型通过最优选择和组合方案，满足不同风场规划需求，实现最低度电成本，最大化的投资回报。”3.x兆瓦平台产品可根据客户需求及风场条件，在3.0兆瓦～3.6兆瓦之间定制额定功率；风轮直径141、147米,具备中低风速全适应性、可利用率高等优势，可实现年平均风速从5.8米/秒至7.5米/秒风场的有效开发。

　　中车株洲所风资源智能分析平台可实现风电场信息共享互联，高效、便捷、精准地完成查风、找风、圈风，为风电场宏观选址提供数据支持；并提供了风电场气候灾害（极端气温、沙尘、雷暴、冰冻等）20年的特殊查询功能，为实现风电机组选型与风电场气候环境的协同匹配提供支撑。

　　此外，中车株洲所正在牵头制定《高海拔型风力发电机组》国家标准，总结高海拔地区共性问题，从高海拔风力发电机组的安全性与经济性两方面，对机组提出设计要求。中车株洲所将积极组织全国专业标准化技术委员会，协同主编单位和参编单位，广泛听取意见，保证标准的质量和水平，按时完成《高海拔型风力发电机组》国家标准的制订任务。