低风速地区飞出风电“金凤凰”

编者按：作为我国重要的“十字型”铁路枢纽之一，株洲，这座“火车拖来的城市”如今正站在发展清洁能源的潮头，引领着长株潭城市群的绿色发展。位于株洲市株洲县与衡阳市衡东县交界处的凤凰山风电场是湖南长株潭地区首个风电场，也是中国电建旗下中国水电建设集团新能源开发公司在湖南地区的第一个风电场。2016年岁末，《中国能源报》记者来到凤凰山风电场，探寻这家在低风速地区都不占资源优势的风电场是如何变成创效增收的“金凤凰”？

选择适合的整机商伙伴

北国已是飘雪的冬日，湖南株洲却淫雨霏霏。凤凰山风电场场长王稳指着不远处呈人字形排列若隐若现的风电机组告诉记者，凤凰山风电场总装机量88MW，分为两期建设。其中一期项目安装25台中国中车WT110-2000型风力发电机组，于2015年6月7日全部并网发电。二期项目安装19台中国中车WT110-2000型风力发电机组，于2016年2月1日19台全部并网发电。

据了解，凤凰山风电场风功率等级接近 2 级，年平均风速为5.18米/秒。虽然风资源不占优势，但通过科学的风场设计、精准的微观选址、合理的机组选型、精细的后期运维，2016年满发小时数仍达到2080小时，在南方低风速地区处于上佳水平。

“风速和风能频率均主要集中在低风速段，属典型的低风速型风电场。因此，要充分利用风电场风能资源，提高发电效益，就必须选择发电效率高的大叶轮风力发电机组。”王稳说。

中国水电建设集团新能源开发公司相关人士表示，WT110-2000机型叶轮直径110米，在2012年签合同时是非常理想和先进的低风速机型。另外，整机供应商就在株洲本地，在后续服务方面也更加便利。“对于风电开发业主而言，选择一个合适的整机商伙伴，就意味着获得了可靠的机组质量保证和服务保证。”该人士称。

凤凰山风电场地处低风速区域，且年平均风速相对较低，尤其二期风速比一期严重偏低。针对此状况，业主方与整机厂技术人员及时就优化机组运行方式、提升机组送出能力、增加机组运行时间等方面进行深入交流探讨。“通过双方的共同努力，对风速测量、主控策略、机组超发等多方面进行了修正优化，提高了机组对风况响应的准确性。对机组偏航系统进行优化，进一步减少了风机对风时间，增加了风机运行时间，提高了风机整体运行效率。”王稳说。

好风场是设计出来的

在王稳看来，风电场的效益好不好，前期选址、设计是前提和保证。特别是在山地风电场，风资源地区的特异性非常大，更应对微观选址和机型的选择高度重视。

“微观选址的好坏是影响风电场的经济指标的一个重要因素。为了做好微观选址，我们充分发挥设计院、主机厂家以及第三方认证机构的积极性。”王稳说。

据该项目整机提供商中车风电相关负责人介绍，微观风资源多样性也对机组控制策略的定制化设计及风电场运行模式创新提出了全新的需求，当采用单一机型适配整个复杂地形场址时，多数点位的机组将存在富余且非必要的设计裕量，需要一套有效且系统化的解决方案将其转化为电量收益。因此，在设计之初，就根据凤凰山风电场的风资源特点，结合特定地形或风场微观风资源特征，形成了满足整机载荷、部件载荷、电气系统、热系统等多重约束的、广泛适用于机组的发电量提升成套解决方案。

有业内人士告诉记者，风电场在布置风电机组时，关键是寻找投资和资源开发利用量的结合点，同时还要根据实际的地形和地域情况，因地制宜地进行优化布置。对于场址地势较平坦的风电场，其风资源分布在场址的不同区域差别不大，可采用风电机组间固定的行距和列距均匀布置，人工布置即可满足设计要求。但对于山地风电场，凭经验采用人工布置风电机组，很难将机组布置到风资源条件好而机组间尾流影响又较小的区域，因而也很难保证整个风电场发电量最优。

据王稳介绍，凤凰山风电场的风电机组布置按照风机间距满足发电量最大，机组相互间尾流影响最小为原则，充分利用风电场的土地和地形，考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求电力电缆长度较短，运输和安装方便。在整个风电场发电量最大和节省工程投资之间找到最佳的平衡点。

“选择风机轮毂高度也是设计风场的一个重要环节。需要考虑不同高度风资源状况以及塔筒价格、运输和安装费用、基础造价、工程难度等因素，分析并比较增加轮毂高度获得的发电量和增加建设成本之间的关系，从而选择经济合理的轮毂高度。通过多方面进行技术经济比较，凤凰山风电场最终确定了80米的轮毂高度。”王稳说。

精细化运维创效益

据中车风电相关负责人介绍，为了保证凤凰山风机的高效运行，风场运维团队负责人选很重要，为此，中车风电委派技术过硬的“中车劳模”易大富担任项目经理。同时，安排专业技术支持工程师到风场轮岗，随时准备为风机运维提供高效的技术支持。

易大富告诉记者：“合理进行设备选型和科学的风场布局是前提，而要保证设备真正能创出好效益，需要针对每个风电场出现的不同问题，进行精细化针对性运维和管理。”

“针对微观风资源差异，通过WindProfitTM先进控制解决方案，部署并定制低风速智能切入、自学习最优TSR跟踪、桨距控制最优轨迹规划、基于综合误差补偿的高精度偏航控制、高风速柔性切出等专项技术，以实现WT110-2000风机与凤凰山风电场各机位微观风资源特征的最优匹配。”易大富表示。

王稳告诉记者，由于机组在5年质保期内，主要由整机提供商中国中车株洲所代为运维。业主方技术人员在和整机商技术人员的合作中，不断学习并积累经验。运维期间，风场SCADA数据云中心，每月固定向中车风电本部传送风机运行数据，后台数据由智能控制团队，进行专业统计分析， 包括常规数据EDA、可视化等。通过大量的后台数据智能诊断，及早发现风机潜在缺陷，组织纠正预防。

据了解，湖南地区冬季冰冻灾害严重，2016年1-3月份出现连续冰冻天气，11月份再次出现冰冻天气，造成风机因叶片覆冰停运，凤凰山风电场累计损失电量达600万千瓦时。

易大富告诉记者，针对此情况，中车株洲所为凤凰山风电场制定了《风机叶片覆冰应急预案》，指导运行人员通过人为监控，加强运行监盘，科学有序地应对风机叶片覆冰运行情况，避免风机在自动运行中因覆冰加重直至风机不堪重负而停运导致的机组疲劳损伤，提高机组使用寿命，同时，在确保安全运行的前提下多发电。

“保证安全是前提，为了追求多一点发电量损失了叶片是得不偿失。在叶片除冰方面主要是两个技术方案，一个是气动加热除冰，另一个是电加热除冰。但是由于增加叶片除冰功能也会导致成本增加，因此不是叶片的标配，而且根据风电场的实际需要来决定。”易大富表示。

王稳表示，南方山区雷雨天气频繁，尤其风电场处于雷雨多发地带，给设备带来了严重的安全隐患，损失较为严重，风电场为应对雷击危害，多次与风机及箱变厂家进行沟通交流，进一步优化设备防雷性能。风机厂家已完成对风轮防雷接地整改、变桨系统及变流系统通信系统防雷屏蔽整改；一期箱变厂家已完成对箱变低压侧浪涌回路整改。经过优化整改后，目前设备运行良好，防雷成效显著。

在王稳看来，2016年风电场运营遇到的一个新问题是限电。2016年4月，湖南地区开始对风电进行限电，一直持续到7月，这也是湖南首次对风电进行限电。主要原因是4-7月是湖南汛期，既是水电大发期，又是风电大发期。初步估算，2016年凤凰山风电场累计限电损失电量552万千瓦时。王稳预测，今后湖南地区对风电进行限电或将成为常态。

“从限电现象出现开始，凤凰山风电场以效益优先、度电必争为宗旨，制定了限电期间运行注意事项，第一时间掌握限电趋势及调整动态，再结合风功率预测，加强监盘，将限电损失降低到最小。”王稳向记者表示。