风电机组优化设计与风电场优化配置-北极星风力发电网

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1. 引言

在国家支持可再生能源发展和积极研发重大装备等政策的推动下，截至2011年底，我国已成为风电装机容量世界第一的风电大国。风电装备制造业发展迅速，产业体系已逐步形成。然而，与之相伴的是风电装备制造领域的突出矛盾和问题也逐渐显现，如设备制造低水平重复建设严重，产能过剩;基础研究薄弱，风电机组核心技术主要依靠国外引进;风电场开发与运行效率低，风电资源浪费严重，风电装机容量与电网接纳能力不相匹配等。

尤其在风机设计与风电场开发建设过程中，风电行业长期存在两大误区：第一，将风场等级与风轮直径简单对应，风场等级越低，风轮直径越大;第二，按照风电场核准容量和风机额定功率简单相除以确定装机数量。这两大误区是导致我国风电设备设计水平低下、风电场低水平开发、低效率运行的重要原因。

鉴于此，本文提出打破以风场等级划分风机类别的旧有观念，提出面向发电能力最优、优化并统一各风场等级风轮直径的风机设计理念;通过风电场装机数量与配套电力设施的优化配置，实现风电场最佳投资收益，大幅提高电网投资收益，借以加快推进风机核心技术的自主研发与创新，提高我国风电场规划建设的科学性和经济性，促进风电装备产业和风能开发利用的良性健康发展。

2. 我国风电资源稀缺性及当前开发模式对风电资源造成的巨大浪费

目前，我国风电开发采取的是电力公司圈定风场、测风地勘、政府审批、设备招标、电力安装、调试并网、运行维护的开发流程。其中，获取风电资源是风电开发最为艰难也是最为重要的环节。所谓风电资源，是由风场资源、电网资源和政府审批额度三个要素共同组成的。开发建设风电场，首先要有风能富集、适宜开发的风场资源，这需要得到地方政府的支持与批准，其次需要有良好的电力输出条件，也就是并网条件，这需要电网公司的并网许可。

既是资源，就会因其存量有限和开发利用而最终变得稀缺。风场资源成为电力公司竞相角逐的第一要素;受电网建设滞后的制约，风电并网成为开发瓶颈;此外，国家对于风电场建设的审批愈加严格、规模不断压缩。为获得电网公司的上网许可和政府的审批额度，投资风电的电力企业都需要通过层层审批，方能获得最终开发许可。风场资源、电网资源和政府审批额度三个要素在当前中国的现实条件下，都属于稀缺资源，为获批一个风电场建设项目，各家风电投资公司都必须耗费巨大的人力、物力和财力，抢夺日渐稀少、愈发昂贵的风电资源。

然而，在我国当前风电发展现状下，风电主机厂家设计水平低下，核心技术依赖国外引进，整机主要设计参数未经系统优化，致使风电场运行风机的发电能力远低于预期;另一方面，由于风电场风机数量与配套电力设施配置不合理，升压站等电力设施长期处于低效率运行。因此，作为风电开发主体的电力公司经过千辛万苦获得的风电资源，并未获得预期的投资回报，却造成了风场资源、风电场投资、以及电网建设等自然和社会资源的巨大浪费。

2.1 风场资源的浪费

风机的性能和品质直接决定了风能资源的开发效率。有限的风能资源富集区被未经优化设计、低品质的风机占据，造成风电场发电能力不足，故障频发，运行效率低下。

以酒泉玉门昌马20万kW风电场为例，该风场轮毂高度年平均风速7.89m/s,选用134台1.5MW机型，风轮直径77m。若选用经过优化设计的风轮直径87m或100m机型，则风场理论发电收益将提升27.7%和51.8%，扣除设备采购、塔筒、基础等风场建设成本的增加值，优化后风场可分别增加理论净收益约12亿元和23亿元(如表1所示)。

表1 酒泉玉门昌马风电场现有机型与优化机型的理论发电能力与发电收益对比

表格

由此可见，当前已建成的风电场实际上并未充分发挥其发电潜能，对于稀缺的风场资源造成了极大的浪费。

2.2 风电场投资的浪费

目前我国陆上风电场建设成本在7000～9000元/kW，其中风机设备(含塔筒)成本占65～75%，其余各项成本比例如图1所示;欧洲已建成海上风电建设成本约1.7～2.1万元/kW，其中风机设备(含塔筒)占30～35%，成本比例如图2所示;而我国海上风电开发尚处于探索阶段，基础施工和风机安装缺乏经验和成熟的配套设备，建设成本远高于欧洲。以5万kW装机容量的风电场为例，陆上的建设成本约4.25～4.5亿元，建在海上则需8.5～10.5亿元，投资巨大。

而当前风场运行的风机发电能力严重不足，甚至远低于设计预期，电力公司无法获得预期的发电收益，导致大部分风电运营商长期处于亏损或薄利经营中，巨额投资无法获得预期收益，造成国家资金投入的巨大浪费。

2.3 电网建设的浪费

与世界上其它国家相比，我国的风电产业具有风电场规模大、输送距离远、电压等级高等特点。建设大基地、接入大电网已经成为我国风电开发的主要模式，这与国外风电场多接入配电网或地区电网的情况差别很大。风电出力存在波动性和间歇性，由此带来的调峰问题均由电网公司负责解决，因此电网公司必须投入大笔资金对于现有电网进行大规模升级改造，以提升在风电并网比例持续增长的背景下电网抗功率波动的能力，防止风电大规模脱网事故的发生。

然而，当前运行的风机发电性能未经系统优化，发电出力不足，风电场风机与配套电力设施配置不相匹配，长期低效运行，导致电网建设与升级改造的大笔投资并未实现预期的社会和经济效益，同样造成了巨大的资源浪费。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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