風電項目全生命周期氣象災害風險管理

胡 威，張天姣，陳曉軍

(1. 新疆金風科技股份有限公司，北京 1001762；2. 中能電力科技開發有限公司，北京 100034)

我國位于中緯度歐亞大陸腹地，氣候和地理的布局復雜且多變，風能資源分布廣泛，可利用資源豐富。盡管風電技術持續進步和工程實踐能力提升，但近年仍屢見極端氣象災害對風電場的安全運行造成損害的案例，學術界和行業均在探索風電項目氣象災害風險的防范和管理。

柳艷香等利用2000年-2011年近12年來中國氣象局的逐日觀測資料，對雷暴、極端低溫、積冰、沙塵暴、臺風以及空氣密度的變化特征進行了分析，以期對風電場的安全運行提供參考保障[1]。曾琦、杜樹成等總結對風電場能夠造成影響的氣象災害類型的同時，分析了這些氣象災害對風電場各劃分單元的影響，其中包括風電機組、集電線路、升壓站、建筑、道路等設施設備。并對風電場的經營活動造成危害的程度和類型進行了分析[2-3]。武楠認為因技術研發、工程管理經驗積累不足等原因，在規劃階段、可行性研究階段、施工階段、運行階段出現了一些風險問題；這些風險包含自然災害風險、設備技術風險、經營運行和安裝建設風險、政策變化風險、工作人員風險[4]。

風電場全生命周期可分成規劃期、建設期、運營期三個階段：規劃期涉及到項目的選址、設計、選型，最終交付的是可行性研究報告、初步設計圖紙；建設期是根據規劃成果展開設備和建設的招標、項目的施工、驗收調試，最終交付的是整個風電場資產；運營期主要風電場的并網發電、日常消缺、設備定檢巡檢等，最終實現的是風電場資產回報。上述的過程即為風電項目的全生命周期，而風電項目因氣象災害致損，有些是選址不當致使效益降低，有些是設備選型不當造成風電機組受損，不同階段存在差異性。

本文結合相關文獻研究、風電項目工程實踐總結，認為氣象災害風險在不同階段存在著不同影響，在不同的階段采用的風險規避方式也是不一樣的。因此，氣象災害風險管理，應依據風電項目全生命周期各個階段的工作特性，有針對性的探索風險管理方法，整體構成風電場全生命周期氣象災害風險管理體系。

1 風電場規劃期氣象災害風險管理

1.1 選址規劃階段

本階段主要目的在于選擇適當的區域用于風能資源的開發利用，主要方式是收集當地氣象站長期觀測數據，根據這些歷史數據判定該區域的風力等級，判斷是否具備有風電項目開發的潛力。

確定某個區域作為候選開發區域之后，將收集氣象站觀測的氣象災害相關的數據，包括臺風、強陣風、強降水、極限溫度、霜凍、強對流、雷電等，進行風險識別，即對氣象災害的頻次、強度進行統計，建立風險矩陣進行比照分析，一方面規避存在高風險的區域進行開發，另一方面將該地區可能遭受的氣象災害風險記錄下來，作為接下來各個階段展開工作的基礎。

1.2 風能資源測量階段

根據預選的風電場開發區域，按照規范要求設立氣象觀測用的測風塔，開展風能資源測量工作，它是整個風電項目開發中的核心環節?，F場觀測數據給風電場設計和建設提供基礎性的支持，它能夠為判定一個地區風能狀況、風電機組選型、布機方案和年發電量計算提供依據。另一方面，在某些復雜氣候和地形條件區域，存在著局地高影響氣象災害風險，通過測風更能夠客觀反映實際開發區域的氣象災害強度和頻次，也能夠結合氣象站的長期數據進行氣象災害評估。

因此，獲取現場實際氣象災害風險的途徑——測風塔的安裝建設尤為關鍵，要注意兩點：

1)代表性。即測風塔選址要能夠最大限度的代表測風塔周邊場區的氣象特征和風能分布特性；測風數據必須能夠為將來風電場建設提供有代表性的數據，測量的氣象要素要齊全、測量設備高度和層次要充分。

2)安全性。參考在選址階段收集的氣象災害數據，針對性的對測風塔進行設計，避免觀測期間出現氣象災害導致的設備和數據的損失。

例如，南方山區在冬季容易產生凝凍災害，使得測風塔容易產生裹冰，那么在建設測風塔時就要增加測風塔的強度或者采用自立塔而不是斜拉線塔；針對雷暴天氣多，測風塔接地電阻小于4 Ω的前提下，需要考慮避雷針的單獨設計(如魚叉型避雷針、用銅線直接接地)、增加額外的降阻措施(如加降阻劑、石墨棒、銅棒等)；場區潮濕、霧氣嚴重，記錄儀需要增加干燥劑且用密封箱和電纜密封件，接線部位要做好防銹蝕處理，數據線要考慮使用鎧裝型電纜。

1.3 可行性研究與初步設計階段

經過風能資源測量得到的數據經過整理和分析，開展進一步的項目開發可行性研究和初步設計，在這一階段主要包含下列工作：①評估風能資源的等級和工程地質狀況；②確定項目任務和規模；③選擇合適風力發電設備及其排布設計；④電氣、土建施工進行設計；⑤施工組織和工程管理設計；⑥環境保護與水土保持設計；⑦勞動安全和工業衛生設計；⑧節能降耗；⑨工程設計概算；⑩財務評價以及社會效果分析。

具體而言，需根據風電項目所在區域的客觀因素，如風能資源稟賦、地形地質情況等比選，確定風力發電設備機組的型號、葉輪直徑、塔筒高度及材料、基礎的類型等參數，并在此基礎上展開風機排布設計、塔筒設計、風機基礎設計、集電線路設計、升壓站設計及其它附屬工程的設計。這些設計是否合理與合規，都會對工程的經濟性產生影響，對項目安全穩定運行也會產生影響。

本階段承前啟后，按照國家相關規范要求編制可研和初設的同時，也應系統、量化的展開氣象災害風險評估。通過概率統計和數值模擬的方法，統計災害類型、發生頻次、局地強度。譬如，存在極限溫度現象的風電項目，在選型時宜選擇適應于不同氣溫條件下的低溫型風機和高溫型機組，也應選擇適用于不同氣溫條件下的塔筒板材；在低風速風電項目往往會通過選擇更大葉輪直徑和更高塔筒高度來提升發電量，無疑會遭受氣象災害風險較大的概率，那么在選型時應注意機組定制化設計，如控制策略、應急設備等。在臺風高發地區，選擇滿足安全性要求的風力發電機組、充分利用臺風帶來的風能資源的同時，在電氣和施工設計中要注意防強風、浪涌、以及次生地質災害。

2 風電場建設期氣象災害風險管理

2.1 項目招標采購階段

1)設備招標。我國的風電產業發展迅速，國內風電相關的裝備制造業較為成熟發達，行業一般采用競爭性招標方式采購相關設備。其中風電機組及其附屬設備占整個項目靜態投資的40%-60%左右，是設備招標最重要的環節。招標的主要目的是達到控制造價，減輕風險的目的，項目招標方需要對招采設備的設計性能要求進行綜合全面的分析，如，強雷暴區域對設備防雷接地等技術要求、凝凍區域對于機組除冰的要求等。在編制標書和制定評標規則時要全而地綜合考慮各種相關因素，并且設置延長質保、履約擔保、風險對賭協議等風險轉移條款，規避設備可能遭受氣象災害帶來的經濟風險。

2)施工招標。在招標前，項目開發商應仔細分析風電場氣象特征和地質條件，根據氣象災害強弱、施工難度、工期要求等不同，在招標文件中對施工單位資質、財務狀況、歷史業績等方面設置不同條件，特別是對現場氣象和地質條件復雜的項目，設置較高的門檻，確保施工階段的安全保障。

在項目招標過程中，可以采購一套氣象預警預報系統，由于它與風電機組運行相關，同時風電機組本身自帶有氣象觀測設備，因此其采購可與風電機組招標結合起來，也有利于發揮集約效果。

2.2 風電場建設階段

風電場的建設要充分考慮風電項目的特殊性，如葉片等超長設備發電機等超重和超寬的遠距離運輸、重型設備的超高吊裝及精細化安裝、電氣設備野外安裝施工，也包含土方工程和混凝土澆筑等。這些建設施工對天氣的要求也非常高的，一些氣象災害對它們的影響也是非常顯著的。

針對風電場建設階段的氣象災害風險管理，應做到以下4點：①訂購氣象保障服務，接收天氣預報與氣象災害預警，根據這些氣象信息規劃工期，特別是在風電機組吊裝、出海作業時，要提前抓住有利的天氣窗口盡快施工；②建立氣象災害相關的應急預案，預防風險或減輕風險，如遭遇強降水后預防山體滑坡、極端低溫或高溫環境下的勞動安全等；③通過監理單位監督相關風險防控措施和工程管理措施，定期檢查和督導落實執行情況；④購買相應的保險，減輕氣象災害風險，包括設備運輸險，項目建設險，人員安全險等。

3 風電場運營期氣象災害風險管理

風電項目運營期一般長達20～25年，比規劃期和建設期持續時間更長，因注意長效保障機制的建立。從氣象災害風險管理的實踐總結來看，它是人員、設備、環境多系統的相互協調的過程，既要針對氣象災害特點采取針對性預防措施將風險控制在局部，防止重大或連鎖反應發生；又要能在氣象災害風險發生后及時通過預報和預警，提前有效的組織抵御風險，控制局面且減輕影響。因此，要從組織體系、制度建設、裝備保障等方面著手。

1)組織體系。建立氣象災害風險應急聯席處理機構和應急救援團隊，制定安全防范措施及對風電場運行人員進行教育培訓和應急演練，提高運營人員的風險應對能力，降低因誤操作和不當行為帶來的人員安全風險、經濟損失。當氣象災害發生時能夠快速動員、敏捷反應，行之有效的保障風電項目的安全運行。

2)制度建設。風電項目一般都建立有勞動健康安全管理、風機機組定檢巡檢管理、升壓站和開關站運行維護，以及場區人員職業環境健康安全、交通運輸、檢修期吊裝和高空作業、交叉作業等危險點的運營管理制度，氣象災害相關的制度建設可依托于此，充分體現在它們之中。也應當針對項目所在地區特有的、重大的氣象災害風險單獨制定管理制度與應急預案，如雷電、臺風、強降水、凝凍等氣象災害。

3)裝備保障。結合風電項目和氣象災害的特點，在氣象預警預報系統的基礎上，配備專業應急和救援裝備。如風電機組遭遇臺風時需要有持續的供電保障機組通過控制策略調整應對，然而，常常因為強風伴隨強降水會對電力設施特別是輸電線路造成損毀而中斷供電，此時，風電機組也包括運行人員異常危險。這就要求風電場提前裝配備用電源，通過諸如柴油發電機反送電給機組使之正常工作。

4 結 語

風電項目是一項需長期營運的基礎設施投資，利用風能資源，又要防范氣象災害，需從初始階段以風險管理的思路，因地制宜地制定全生命周期風險管理措施。即規劃期回避極端氣象災害風險，根據氣象災害風險評估結果選擇合適風電開發項目；在招標過程嚴格按照安全標準選擇供應方，按采購合同中約定的方式轉移風險；建設過程中注意防控施工階段的氣象災害風險；項目運營期間有組織、成體系地預防長期風險。