微觀選址對低風速山地風電場收益影響分析

文 | 肖書敏，李小倩

對于復雜地形下的低風速風電場來說，機位排布恰當與否直接影響項目建成投產后的風能資源利用率、風電場年發電量、項目收益等。如何實現在低風速復雜山地風電場中用更少的投資獲得更大的收益是一個值得深入探究的問題，而微觀選址是風電機組排布過程中非常關鍵的環節。在微觀選址過程中不斷優化方案可降低風電場的投資，提升整個項目的收益率。本文以一個南方低風速復雜山地風電場為例，通過在微觀選址過程中不斷精耕細作，多方案比選，鎖定最優排布方案，從而降低整個項目的投資，提升收益率。

微觀選址方案及布機原則

風電場微觀選址工作涉及了氣象、地質、交通、電力等諸多領域，在微觀選址之前要根據風電場的風能資源條件初步排布機位，明確風電機組布置原則。根據《風電場工程規劃報告編制辦法》《風電場場址選擇技術規定》及近年來編制的項目建議書、可研報告、初設報告的相關經驗，在進行風電場的設計及建設前，為便于今后的設計、建設工作順利開展，需落實如下建場條件：

（1）礦藏分布圖：是否存在壓覆礦及采空區；（2）所在區域土地屬性分布（基本農田、一般農田、荒地、草地、林地等）；（3）所在區域及其附近地上、地下文物分布；（4）所在區域交通（公路）現狀圖及規劃資料；（5）所在區域旅游區、景點相關資料；（6）所在區域自然保護區、候鳥遷徙路線相關資料；（7）所在區域軍事設施分布情況；（8）所在區域民居分布情況；（9）所在區域電力線路、設施分布情況。

在落實建場條件之后，即可在排除以上限制性因素的區域內進行機位排布。風電場通過風電機組把風能轉化為電能，風流經過葉輪后速度下降并產生紊流，在沿著風向經過一定距離之后風速才會恢復。因此，在布置風電機組時，應使沿著主導風能的風電機組距離越大越好。但是，這樣會使寶貴的風能資源和土地資源得不到合理利用，還增加了機組間電纜和道路的長度，使得投資增加，而獲得的發電量并不是很多，降低了整個風電場的經濟性。因此，在布置風電機組時，關鍵是尋找投資和資源開發利用量的結合點，恰當平衡兩者的關系，同時還要根據實際的地形和地域情況，因地制宜地優化布置。布置原則為：

（1）首先應充分考慮場址內盛行風向、風速等風況條件。在同等風況條件下，應優先考慮那些地形地質條件良好且便于運輸安裝的場地進行布置。

（2）進行多方案比選，精細調整機位，在投資、建設安裝難度、發電效益方面取得最佳平衡，努力提高綜合效益，減少投資成本，降低建設安裝難度，提高發電量，爭取風電場綜合效益最優化。

（3）避免無效機位。如項目場址內農田、村莊較多，預計在土地、林地、環保、水土保持、村民利益等方面會遇到較多限制。在設計中需全面考慮地類、環保、水土保持等要求，避免無效機位，做好預備方案，盡量減少機位調整，特別是大規模的調整。

（4）合理集中機位。如果分散布置風電機組，雖可獲得相對較高的發電量，但線路、道路較長，建設安裝難度較大，反而降低了綜合效益。因此，在綜合考慮線路、道路、建設安裝難度等問題并保證發電量的前提下，集中機位以取得發電量、線路、道路、建設安裝難度的最佳平衡，降低投資，提高風電場的綜合效益。

微觀選址及優化

微觀選址作業分為內業和外業兩個階段，首先是進行內業工作，接著在內業工作的基礎上進行外部作業。微觀選址外業工作完成后，再根據項目具體情況不斷優化，從而得到科學合理的機位排布方案。

微觀選址內業的工作內容包括：

（1）綜合考慮風電場地形、地表粗糙度、障礙物等，并合理選用風電場各測風塔的測風數據，利用風能資源仿真計算軟件進行流場模擬；

（2）根據風電場風能資源分布情況和具體地形條件，兼顧單機發電量和風電機組間的相互影響，擬定若干個風電機組布置方案，對風電機組布置進行比選優化；

（3）從發電量、道路與線路路徑、安裝平臺選取等方面進行技術經濟比較，選定風電機組最終布置方案，繪制出風電機組布置圖。

微觀選址外業工作主要為確定各機位的現場條件，綜合考慮風能資源、地質、交通運輸、施工、輸變電、工程規模、遠期規劃、地方政府意見等方面。根據各風電機組機位現場條件，對部分機位進行優化微調，對少數不滿足建設條件的機位進行調換，最終確定風電機組機位，并在現場定樁標記。

微觀選址外業工作完成后，應對現場確定的機位進行風能資源分析復核，確保所定機位合理。同時要根據業主反饋意見、風電機組生產廠家復核結果進行調整，以最終確定機位。

微觀選址是一項反復迭代、不斷調整優化的工作，也是一項需要進行全過程質量管理的工作，只有在每一環節進行細致的計算分析，不厭其煩地作方案對比，才能得到科學合理的機位布置方案。微觀選址工作流程如圖1所示。

圖1 微觀選址流程

案例分析

本文以一個南方低風速山地風電場為例，采用如上所述的復雜地形下的精細化微觀選址方法進行機位排布。

一、項目概況

該項目位于江西省南部，場區地形為低山和丘陵，屬于羅霄山系諸廣山余脈，海拔260～530m。場區內山勢連綿起伏，溝壑較多，植被茂密，喬木、灌木、草坡混雜，溝壑內有較多農田、村莊分布。本期工程裝機容量30MW，安裝單機容量2MW的風電機組15臺。此項目有5座測風塔，測風塔及風電機組位置如圖2所示，測風塔配置如表1所示。

表1 測風塔信息

二、風能資源分析

通過分析該風電場的測風塔數據，cft01、cft02、cft03、cft04、cft05 測風塔的80m高度代表年風速分別為5.11m/s、4.84m/s、5.09m/s、5.23m/s、4.64m/s，風功率密度分別為140W/m2、131W/m2、144W/m2、168W/m2、104W/m2。 風 電場全年盛行風向相對集中，基本位于N、S扇區，也分布在NNW扇區，盛行風向為北風、南風；風能密度分布集中程度較高，基本集中于N、S、NNW扇區，全年盛行風向和風能密度分布方向基本一致，有利于風能的開發利用。cft01、cft02、cft03、cft04、cft05測風塔各高度標準空氣密度下的50年一遇最大風速均小于37.5m/s，80m高度15m/s風速區間的平均湍流強度分別為0.14、0.12、0.13、0.12、0.11，符合國際電工協會IEC61400-1（2005）標準關于ⅢB類風電機組的等級要求。因此，該風電場既可以采用ⅢB類及以上等級的風電機組，也可以采用S類風電機組。

表2 優化前后的經濟性對比分析

三、精細化微觀選址

在可研階段時，F01－F03機位排布在風電場的東側（綠色機位），F01－F03機位點距離其他機位較遠。在風電場初步設計階段，深入研究了此風電場的地形及風能資源特性，對比分析了不同輪轂高度的多種機型比選方案。評價一種方案的優劣，不能僅從發電量和等效利用小時來考慮，應以綜合經濟指標予以評價。除發電量，風電機組的價格、塔筒、基礎、箱變、線路、道路以及變電所等也都是影響機型方案選擇的重要因素。通過對比分析發現：在前期方案中，整個風電場的道路、集電線路成本較高，從而會增加整體投資，降低項目的抗風險能力。綜合考慮以上微觀選址優化方法，結合經濟性分析得出了優化方案，即將原來在風電場東側較遠處的F01－F03號機位舍棄，在北側較近的地方選取3個機位，重新進行風電場設計。

優化前后的風電場發電量、道路、集電線路發生如下變化：

發電量方面，調整前代表年年上網電量0.5579億千瓦時，等效滿發小時數1860h，容量系數0.2122。調整后代表年年上網電量0.5527億千瓦時，等效滿發小時數1842h，容量系數0.2103。

道路方面，機位變更前：風電場運輸場內檢修路總長29.9km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長18km，改建現況3.5m寬碎石路11.9km。變更后：風電場運輸場內檢修路總長24.3km，其中新建及改建碎石運輸檢修路總長14.7km，改建現況3.5m寬碎石路9.6km。變更后，道路長度由29.9km減少至24.3km，減少5.6km。

本工程集電線路分為A、B兩回，A回集電線路連接F01－F03風電機組，B回集電線路連接F04－F15風電機組。F01－F03風電機組調整到FJ1－FJ3后，A回集電線路將發生變化，對B回集電線路無影響。變更后，A回線路長度由6.7km縮短至5km，減少1.7km。

根據2018年第二季度的價格水平、國家能源局發布的《陸上風電場工程設計概算編制規定及費用標準》（2011版）和《陸上風電場工程概算定額》（2011版）的通知及其附件、《關于建筑業營業稅改增值稅后陸上風電場工程計價依據調整實施意見》可再生定額〔2016〕32號文件、《電力工程裝置性材料預算價格》、《建設項目經濟評價方法與參數》（第三版）發改投資〔2006〕1325號等規定及現行的有關財稅政策，對風電場工程優化前后的兩種方案進行詳細的工程概算及財務評價，得到如表2所示的經濟性對比分析結果。

調整后，年上網電量由5579.1萬千瓦時減少至5527.4 萬千瓦時，減少51.7萬千瓦時；總投資由23346.44萬元減少至22937.78萬元，總投資減少408.66萬元；項目投資財務內部收益率由9.83%增加至10.21%；資本金財務內部收益率由16.27%增加至17.58%。結合道路、集電線路等因素集中機位后，發電量雖有所降低，但整個項目的收益率有所增長，同時也提高了項目的抗風險能力，且有利于項目運營期的維護管理。

攝影：申玉棟

結論

隨著我國風電產業的蓬勃發展，陸上風電場可開發風速的水平不斷下探，如何最大限度地開發利用好低風速風能資源，已經成為當前風電領域內一個值得深入研究的重要課題。微觀選址作為風電場開發流程中的重要一環，對風電場項目的經濟性評價和機組選擇起重要指導作用。在微觀選址過程中，只有深入研究風電場的風能資源及地形因素，設計出科學的布機方案，匹配最適合的機型，才能從源頭上控制項目的投資額，提升項目的收益率，降低風電項目的投資風險，最大化地為客戶創造價值。