风电场基础设施建设包括土建工程-道路和排水建设、风电机组和测风塔基础建设以及接电站建设和电力工程-电力连接点(POC)设备、用以风电机组之间连接的地下电缆或高架线、地下电缆或高架线的开关保护和断开设备、变压器以及单个风电机组的开关设备(此设备通常在风电机组内部并且由风电机组制造商提供)。
风电场的土建工程和电力工程通常由不同于风电机组供应商的承包商设计并且安装。但是风电机组供应商通常提供SCADA系统。
如前所述,影响风电场经济效益的主要因素是该风电场的电量产出,然而,风电场的基础设施建设也非常重要,因为它直接影响了风电场的建设成本和项目进展。例如众所周知,对地质状况的不熟悉或基于天气原因无法在施工现场施工是延误项目进展和成本超出预算的主要原因。电力工程方面主要电力设施变压器和开关设备需要较长的交货时间,有时甚至能达数年。并网工程对项目的进展也会有一定的影响,因为一般并网工程都由电网运营商来承担而这样风电场开发商却无法掌控工程的进展情况。
土建工程
风电场的风电机组地基需要足够的坚固以支撑在极限载荷条件下运转的风电机组。通常风电场风电机组地基的设计条件是能够支撑风速在45-70m/s条件下运转的风电机组。
风电机组供应商通常会提供一个完整的技术手册,其中包括风电场风电机组地基的载荷,作为投标内容提供给项目招标单位。同时风电机组供应商也会提供相关的关于载荷等级的认证。
尽管风电场风电机组地基的设计对风电场项目开发极其重要,但它依然还算是一项相对简单的土木工程。
一个典型的风电场风电机组地基的直径可能会有13米,六角形,径深1-2米,由钢筋混凝土构成。一般地基的建设时间少于一周,但是如果风电场场址选在泥炭地或者是沼泽地,一定要事先将道路、地基以及排水等因素考虑清楚,以免在施工过程中受到这些因素的干扰。
对于风电场位于丘陵山地的地区,控制室和变电站应该坐落于比较安全的地方,当然这样也可以减轻视觉影响。
电力系统
风电机组电力系统一般通过中等电压(MV)电网连接,电压范围在10-35kV之间。大多数情况下电网由地下电缆组成,但是有些国家或地区采用高架线连接电网。高架线成本较低但是视觉影响较大,并且支撑高架线的木线竿也会影响起重机的使用,限制其空间移动。
风电机组发电机电压等级通常比较低,换句话说,低于1000V,通常为690V。一些大型的风电机组发电机的电压等级较高,大约3kV,但是这个电压等级依然没有高到足够满足风电机组相互之间可以实现经济性地连接。因此,每台风电机组需要配备一台变压器(干式变压器)以升压到中等电压,还需要配备相关的接电装置。此设备可以置于风电机组塔架底部外侧。
目前,许多风电机组供应商除了供应风电机组以外也连同变压器一起供给风电场,这种情况下风电机组终端电压将会达到中等电压并可直接并入风电场电网。
下面是一个典型的风电场电力系统布局图。风电场电网将电力汇集到一个中心点(对于大型风电场来说,是几个中心点)。中等电压电力系统由放射状的馈线组成,这不同于传统行业的电力系统,此电力系统不能形成环状母线,因此如果一条电缆或一台风电机组变压器出现了一个故障,将会引起所有通过馈线连接的风电机组断电。
电力连接点(POC)的命名国家与国家之间不尽相同,也可以称之为传输点,但是其定义却大抵相似:该连接点负责将电力从风电场传输至电力系统运营商和业主直至电网。风电场计量表通常安装在POC处或其附近,但是在某些情况下,POC处于高电压,计量表会安装在中等电压系统处用以节约成本并且可以计量变压器损耗。