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“十三五”能源规划出台在即,合理引导风电投资成为未来五年我国风电发展的重要任务。具体来说就是,控制风电大基地装机节奏,支持风能资源不太丰富的中东部地区发展低风速风电场,倡导分散式开发。
低风速风电是指风速在6到8米/秒之间,年利用小时数在2000小时以下的风电开发项目。目前全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的68%,且均接近电网负荷的受端地区。在“三北”风电弃风问题持续恶化的背景下,低风速风场开发已引起各方关注,并逐渐在中南部地区铺开。目前风电企业在低风速风电发展中的表现如何?面对“十三五”的风电蓝图,低风速风电能否引领行业发展?面对复杂的山地地形,风电企业又面临哪些挑战?湖南华电福新太平里风电场为我们提供了一个乐观的答案。
合理控制造价
八月的湖南,时晴时雨,暑气弥漫。记者跟随由《风能》杂志主办的“最美风电场”活动的脚步,来到郴州。从市区驱车,一小时之后,洁白的风电机组出现在山路之上,山野清新之气迎面扑来。从山顶俯瞰,墨绿青翠环绕,风电机组依山而立,武广高铁无声穿过,与微蓝的小湖泊、静谧的村庄一起,形成了一幅水墨画。
据记者了解,湖南省属我国风能资源第Ⅳ类资源区,其风能资源主要集中分布在湘南、湘中、湘东以及洞庭湖周围。近年来,随着低风速风机的不断发展,湖南的风电开发也迎来机遇。目前,湖南省“十三五”第一批拟核准风电项目计划已明晰,总规模共计260万千瓦。
在众多风电项目之中,华电福新太平里风电项目在湖南省有着特殊的地位,其属于南方中低速山地风场,也是湖南省最大的风电场,设计规模30万千瓦。机组布置在海拔600米至800米高的山脊上,项目一期建设5万千瓦,安装25台中国中车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称株洲所)生产的2MW低风速机组,二期5万千瓦将于今年年底全部并网发电,三期20万千瓦目前正在规划建设中。
湖南华电福新太平里风力发电有限公司总经理关然告诉记者,该风场一期项目于2015年开始投运,截止目前将近一年的运行数据表明,全年设备实际平均利用小时数已达2618小时,比当初风场设计的2022小时整整多出来600小时,年累计利润完成1668万元,风场的收益率大大超出了原来的设计值。按照目前的运行状态,预计太平里风场可在6年内收回全部投资成本。与此同时,发出的电量100%在省内电网全额消纳。
但值得注意的是,据以往的行业经验,大多低风速开发区域为复杂地形,受资源、建设等因素的限制,项目收益往往位于盈亏平衡点左右。因此,如何控制工程造价成为低风速风电开发的关键。
“南方风场最大的问题就是工程造价,开发商一定要将其控制在最低。造价过高一定会对将来的收益产生很大影响。”关然说。
据关然介绍,风电场的工程造价主要由风电设备和道路、风机基础、集电线路、升压站建设几部分组成。太平里风电场一期项目大力推行设计优化,尝试了道路缩减工程、平台面积缩小、集电线路杆塔铝缆结合、打破常规吊装方案等优化理念,极力推广升压站典型性设计,在造价水平上树立了南方山地风电标杆。“最终核算下来,太平里风电场的造价约为8000元/千瓦,造价、工期、质量、安全都创下了‘湖南之最’。”
优化微观选址
走进华电福新太平里风电场中控室,记者看到,一排并列的电脑上清晰地呈现着风电机组的实时监控画面。液晶屏上,红色的大字显示着太平里风电场的日发电量、月发电量与年发电量等数据。
据悉,从以往的行业数据来看,复杂地形对低风速风电场的影响较大,部分机组发电量损失甚至高达到15%以上。因此,前期的微观选址对风电场建设成败与效益有着重要影响。
据太平里风电场一位员工介绍,太平里风电场所处的内外部环境极其复杂。项目地处湘江水系和珠江水系的分水岭,气候多变,夏季多雷暴;受山地走势限制,场内检修改造道路、集电线路均较长;场内建设边界条件复杂,武广高铁、京广铁路、京珠高速、4条220KV和500KV高压线等穿过场区。
“低速山地风场有其特殊性,如何在风电场内合理布局风电机组,获得最佳经济效益,是我们微观选址工作的焦点。”关然说。
实践证明,在南方低速山地风场必须科学合理地确定测风方案,重视测风塔的代表性。太平里一期项目风资源复核历时两年,经历了反复的考察与核算。风电场共架设了4座测风塔,通过不同山形下的测风资料,准确分析出风能特征参数,选取合理的机组基座位置。
“接到微观选址复核任务后,我们首先进行微观选址优化理论计算,对原设计院提供的方案进行了大幅度调整,然后对现场地形、建设条件等进行踏勘,确定新选机位点,根据踏勘结果再次进行室内计算.由于太平里风电场地形及限制因素的特殊性,本过程历时长达两个月,方案优化修改达7次,在有限的区域内避开了武广高铁、京珠高速、高压线路等影响。最终出具的方案在安全性满足风电机组要求的基础上,发电量大幅提升,理论年发电量超过2200小时,较原设计院提供的可研报告提升了23.7%。”整机设备供应商——株洲所的运维负责人凡增辉告诉记者。
叶片技术很关键
此外,由于低风速地区的环境特殊性,对风电机组的技术和配置也提出了更高要求。记者了解到,太平里风电场选用了中车株洲所的WT2000D110型双馈风电机组,具备良好的对抗低温、凝露、盐蚀、风沙、雷暴、紫外线辐射等能力。
“针对低风速风场的风资源特点,对低风速型风电机组设计输入因素特点进行了解析,从空气密度、湍流强度、极限风速、年平均风速、环境条件等多个维度综合考虑以确定整机设计外部输入条件,给出最优解决方案。”凡增辉说,“对于低风速机组而言,叶片的作用尤其关键。我们优化设计出了性能优异的长柔性叶片,解决了长叶片稳定性变差,复杂风况条件下叶片自激振动问题,使其发电性能更优。”
据介绍,投运以来,太平里风电场以年度专业检修、风场日常维护等预防性维护为契机,深入开展降缺陷管理,极大降低了风机的缺陷率,切实提高了设备可靠性,目前风场的平均故障时间间隔达到6000小时。太平里风场发电量、年度故障损失发电量、故障小时数、风机可利用率等各项运行指标每月均在湖南地区各风场中排名第一,创造了良好的经济和社会效益。
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