浙江東白山高山型風電場構建及效益

湯錦元

（金華電業局，浙江 金華 321000）

1 浙江東白山高山型風電場概況

浙江省地處東南沿海風能帶，是我國風能資源最豐富的12個省市之一。浙江東白山為會稽山脈主峰，海拔1 194.6m，是諸暨、東陽、嵊州境內的最高峰。勘測數據表明，東白山區域風能資源豐富，50m高度年平均風速7.44m/s，風功率密度429W/m2，地質、接入系統等風電場建設條件良好，交通運輸滿足風電場建設要求。東白山風電場風力發電機組布置在東白山一帶的山脊上，共安裝了20臺單機容量750 kW、輪轂高度50m、風輪直徑49m的定槳距風電機組，總裝機容量15MW。該風電場是浙江中部地區首座風電場，屬內陸高山型風電場，按公用電廠性質建設，所發電量由電網經營企業全額收購。

浙江東白山風電場由東陽市東白山風電有限公司投資建設，項目總投資13 829萬元，單位容量投資為9 219元/kW，總發電容量15MW，年均發電量2 688.3萬kWh，含稅上網電價0.71元/kWh，融資后投資方內部收益率8%，投資回收期16.56年。項目于2006年9月委托浙江省電力設計院承擔可行性研究及前期工作，2008年1月取得了浙江省電力公司的并網批復，2008年12月取得了浙江省發展和改革委員會的項目核準批復，2009年5月開工建設，2009年9月取得了國家發展和改革委員會的清潔發展機制（CDM）項目批復，2010年6月與電網經營企業簽訂了并網合同，2010年9月通過了電網經營企業的竣工驗收。圖1為該風電場外景圖。

圖1 浙江東白山高山型風電場外景圖

2 浙江東白山高山型風電場構建與設計

2.1 風能資源條件

2.1.1 風能資源觀測與評價

東白山風電場屬高山型風電場，風機基面海拔在930～1 181m，屬亞熱帶季風氣候，且有盆地氣候特征，季風交替顯著，基本無臺風影響。年平均風速5.4～6.5m/s，風速8月份最大，6月份最小，最大風速一般出現在晚上23：00～次日凌晨6：00，最小風速一般出現在下午12：00～14：00。

原始測風資料統計分析表明，東白山風電場區域風速較大，盛行風向及主風能方向明顯，且非常穩定。測風塔處10m層風功率密度等級為6級，30m層風功率密度等級為4級，40m層風功率密度等級為4級，50m風機輪轂高度處風功率密度等級為4級。50m風機輪轂高度10min內平均風速7.44m/s，有效風速3～25m/s，小時數為7 699 h，全年平均風功率密度為429W/m2；50m風機輪轂高度處全年主風能向較為顯著，主風能向為NNE，占16.8%，次風能向為SSW，占13.5%，春季盛行風向NNE，夏季盛行風向SSW，秋季盛行風向NNE，冬季盛行風向N。風能密度和有效風利用小時數均表明東白山風電場具有良好的可供開發利用的風能資源。

2.1.2 主要災害性天氣

東白山風電場地處高山，多年雷暴日數在50天左右，且濕度比較大，容易形成覆冰，主要災害性天氣有雷暴和覆冰。東白山每年覆冰厚度約10～15mm，覆冰時間一般為12月至次年3月份，因此需要做好防雷措施和抗覆冰措施。

2.2 工程地質

東白山風電場工程場址屬簡單場地，工程地質條件較好，適宜建設風電場。場址附近無區域性活動斷裂通過，地震動峰值加速度＜0.05 g，相應的地震基本烈度＜Ⅵ度，建筑場地類別為I類，地震強度與頻度均較低，屬相對穩定區；地層粉質粘土或粉質粘土混碎石可作為35 kV升壓站及辦公生活區等輔助建筑物的天然地基持力層；風電機組等主要建筑物可選擇強風化或中等風化凝灰巖作為天然地基持力層；場地地下水埋藏較深，且水量甚微，對建筑物基礎無影響。

2.3 風力發電機組選型

道路運輸、地形地質條件、風機吊裝等因素決定著風力發電場風機單機容量的大小。浙江東白山風電場區域海拔高度930～1 181m，安裝場地和運輸條件受限，宜選擇運輸和吊裝難度較小的風力發電機組。單機容量2MW等級、1MW等級、850 kW等級的風電機組均不適合該風電場，而單機容量750 kW以下的風電機型已逐漸退出市場。按照技術經濟綜合最優的原則，東白山風電場最終選用了浙江運達風力發電工程有限公司生產的WD49-750型、輪轂高度50m、單機容量750 kW的風電機組，該風電機組最長運輸部件葉片長約24m，最重運輸部件機艙重約23.5 t，較適合該風電場使用，該風電機組的制造技術、運行維護已經比較成熟，國產化率達到了75%～90%，完全符合國家發改委提出的“風電設備國產化率需達到70%以上”的風電場建設要求。

2.4 風力發電機組布置

東白山風電場建設場址為高山地形，風電機組無法如平坦地區般進行矩陣、梅花形布置或行列距布置。為了降低交通運輸、施工安裝和機組并網的投資，提高整個工程的經濟性，該風電場在基本垂直于盛行風向的方向上沿山脊成片布置風機，共布置20臺風電機組，基本為單列布置，風機間距為3～5倍風輪直徑，自西向東布置。

2.5 并網電氣接入系統

2.5.1 電氣系統

東白山風電場共安裝了20臺單機容量750 kW的風電機組，機組出口電壓為690 V，每臺風力發電機配置1臺800 kVA箱式變壓器，所發電能經箱式變壓器從690 V升壓至10 kV，經場內2回10 kV集電線路匯集至場內升壓站的10 kV母線，再經主變壓器升壓到35 kV后經35 kV并網專線接入電力系統。場內35 kV升壓站主要由1臺16MVA主變壓器、35 kV室內配電裝置、10 kV室內配電裝置、10 kV電容器、場用電配電裝置、中控室等組成，10 kV及35 kV高壓配電裝置全部采用金屬鎧裝封閉型移開式高壓開關柜，主變在中控樓底層室內布置。

2.5.2 繼電保護配置

主變壓器、35 kV并網線路、10 kV集電線路、10 kV場用變、10 kV電容器的保護按照GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》進行配置，選用微機型保護裝置，具體配置為：①主變壓器保護：主變壓器差動保護、復合電壓閉鎖過流保護、過負荷保護、輕瓦斯和重瓦斯保護、主變壓器壓力釋放保護、主變壓器油溫保護；②35 kV并網線路保護：線路距離保護、頻率電壓異常解列保護；③10 kV集電線路保護：電流速斷保護、過電流保護、單相接地保護；④10 kV場用變保護：電流速斷保護、過電流保護；⑤10 kV電容器保護：電流速斷保護、定時限過電流保護、過電壓和低電壓保護、不平衡電壓保護、熔斷器保護。風力發電機組配置的保護有：電流速斷保護、過負荷保護、低電壓保護、溫度升高保護、電網故障保護、振動越限保護、傳感器故障保護等。

2.5.3 無功補償裝置

東白山風電場單機容量750 kW風力發電機、風電場內的主變壓器、箱式變壓器、場用變壓器等電氣設備均為感性負載，需向電力系統吸收一定的感性無功。為使風電場在接入系統關口處的功率因數基本達到1.0的標準，各風力發電機組就地配置了自動補償電容器，并在風電場升壓站配置安裝了2組1 500 kvar的10 kV電容器，對風電場的無功負荷進行補償。

2.5.4 防雷與接地裝置

東白山山頂雷電活動較為頻繁，風電場加強了防雷保護，完善了接地裝置。

（1）直擊雷保護：風力發電機配置本體的防雷裝置，機殼、塔架、防雷引下線均與接地網可靠連接；升壓站中控樓附近設1支獨立避雷針，中控樓屋頂安裝避雷帶；35 kV并網線路風電場側1.5 km區段安裝雙回避雷線，線路鐵塔絕緣子片數增為4片；10 kV集電架空線路每3～4檔裝設1組避雷器；15臺風力發電機采用10 kV電纜與升壓站10 kV母線聯接。

（2）侵入雷電波保護：35 kV并網線路風電場側進線終端塔、10 kV箱式變壓器進線及出線側均安裝避雷器，升壓站10 kV和35 KV配電裝置母線裝設避雷器。

（3）接地裝置：升壓站采用以水平接地網為主和垂直接地體為輔的復合人工接地裝置，重點區域加強均壓布置，總接地電阻實測值僅0.38Ω，非常優良，完全滿足升壓站接地電阻不大于4Ω的要求；單臺風機的接地裝置以風機中心為圓心設置環形水平接地網，充分利用各個風力發電機基礎作為自然接地體，20臺風機接地電阻實測值僅0.17～0.24Ω，也非常優良，完全滿足風機接地電阻不大于10Ω的要求；35 kV并網線路避雷線不絕緣，全線桿塔逐基接地。由于當地土壤條件較好，全線桿塔接地電阻全部優良，滿足線路運行和維護的安全要求。

2.5.5 線路抗覆冰措施

為保證風電場架空線路在冬季冰凍氣象條件下正常運行，東白山風電場35 kV并網線路、場內10 kV架空集電線路全部按覆冰20mm的氣象條件進行設計。35 kV并網線路全線33基桿塔全部采用足夠強度的鐵塔，選用LGJ-240/40型導線和GJ-50型避雷線；場內10 kV架空集電線路選用LGJ-185/10型導線，加強了線路鐵件的強度，加大了相間距離，并將架空線路的檔距大幅縮短，縮短后全線平均檔距僅為48.2m，有效提高了10 kV架空集電線路的抗覆冰能力。

2.6 通信系統

調度自動化通信采用光纖通信方式，并滿足一主一備條件。在中控樓內安裝數字式程控調度交換機一套，作為風電場生產、生活、行政通信使用。通信電源采用高頻開關式穩壓穩流電源系統，配置2組100 Ah進口免維護蓄電池。主電源由廠用電動機控制中心供給。

2.7 監控系統

風電場采用少人值守方式運行，中控室內設置2套獨立的計算機監控系統：①風力發電機組監控系統由風力發電機組廠家配套提供，專供風力發電機組的自動監視和控制使用，中控室計算機能自動連續對風力發電機組進行監視，監視參數包括葉輪轉速、發電機轉速、風速、環境溫度、風力發電機溫度、功率等；②升壓站綜合自動化監控系統是升壓站內綜合自動化的通信樞紐和信息綜合點，負責對35 kV線路、主變壓器、10 kV線路、10 kV場用變壓器、10 kV電容器及公共設備的集中監控；通過通信工作站向電力調度部門輸送遠動信息，具備電力調度部門遠方監控“四遙”功能；與多功能電能表、直流電源系統、圖像監控系統等智能模塊連接，共同完成綜合管理功能。

3 效益分析

東白山風電場總裝機容量15MW，設計壽命為20年，壽命期內共產生約53 766萬kWh的電能，與火力發電相比，相當于累計節煤191 945 tce，共減排CO2496 476 t、SO23 840 t、NOx1 344 t、粉塵 1 920 t、灰渣38 390 t，節約用水156萬m3，起到了良好的節能減排和改善人居生態環境的作用，節能效益與環境效益非常顯著。

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