讓“大風車”在世界屋脊上立住站穩

何亮

措美哲古風電場項目團隊利用智慧風場的數字化和智能化技術，實時監控現場天氣情況和機組運行情況，做到提前預警潛在故障，提前準備備用器部件，最終在無人值守或少人值班的前提下，降低了故障率、提升了發電量和經濟效益。

向云端，山那邊，水里面……盛夏時節，坐落在我國西南邊陲的一個偏遠縣城——西藏自治區山南市措美縣一片祥和。這里天空蔚藍、雪山連綿、江水奔騰，圣潔的雪域高原吹拂的浩蕩長風經年不息。

8月3日，海拔5000多米的措美哲古風電場迎來了它的“高光時刻”：5臺單機容量3.6兆瓦的風力發電機組威武矗立，喜馬拉雅北麓的山風呼嘯而至，帶動葉片徐徐旋轉化為電流，轉瞬間并入電網，點亮萬家燈火。

“這是西藏自治區首個超高海拔風電開發技術研究和科技示范項目，也是首個并入西藏主電網的風電項目。”三峽集團措美哲古風電場項目負責人王亮告訴筆者，此次投產的3.6兆瓦風電機組是目前我國超高海拔地區已投產容量最大的風電機組，待風電場項目全部投產后，年發電量將超過2億千瓦時，可以滿足周邊近14萬個家庭一年的用電量。

青藏高原的優質風能不可辜負

措美哲古風電場的風機建設在海拔5000米至5200米之間，總裝機72.6兆瓦。為何要堅持在世界屋脊建設風電場？王亮的回答言簡意賅：這里的風能資源不可辜負！

打開中國地形圖，遼闊的青藏高原引人矚目。這里的山脈多呈東西走向，地勢由西向東降低，地面海拔高程伴隨緯度的升高發生急劇變化，更加助長了西風的強度和頻次。

氣象數據顯示，青藏高原有著豐富的風能資源，西藏自治區風能蘊藏量約為1.9億千瓦，居全國第八位。風能資源在每秒7米以上的區域約占青藏高原總面積的30%，主要分布于海拔4800米以上的高山地區，技術可開發量約1.8億千瓦。

“目前，西藏自治區的電源結構以水電和光伏為主，水力發電量占總發電量的89.81%，太陽能發電量占7.73%。”王亮表示，西藏的電能還有著“夏盈冬缺、晝盈夜缺”的特點。

由于西藏自治區基礎電源都是水電和光伏電，因此在冬季來水偏少的情況下，會有一定程度的缺電。同樣，光伏電站也是白天日照充足的時候發電量大。而措美哲古風電場發電量最大的時候往往是在冬季，夜間用電的高峰期也恰是風機發電最多的時候。“所以，措美哲古風電場的建設，可為改善西藏電源結構起到積極作用。”王亮說。

建設高海拔風電場面臨諸多難題

海拔5000米，已經接近超高海拔與極高海拔的臨界點，其氣流條件、氣壓條件和氣候條件都對機組性能提出了更高的要求。建設高海拔風電場，面臨著諸多難題。

業內流行著這么一句話：高海拔地區的風“有氣無力”。這是因為風能大小與空氣密度成正比，而高海拔地區空氣密度低，因此與平原地區同等風速條件相比，這里的風機轉速更慢，發電功率更低，總結成一句話：“風大，但帶不動。”

不僅如此，高原地區風速變化快，有時早晚風力小，中午卻刮起超強大風。風速的劇烈變化導致風機功率波動較大，不僅有損機組的核心器部件，還對平穩發電造成不利影響。此外，氣壓低的高海拔地區散熱條件差，這就容易導致風機軸承過熱，降低機組使用壽命。有時，風機還會面對冰雹、雷劈等極端氣候條件。在超高海拔環境中，還有紫外線強度高、高低溫變化劇烈、風沙雨雪沖刷頻繁等問題，這都對風機葉片性能提出了更高要求。

在大家的印象中，風機總是慢悠悠地旋轉，殊不知，風機葉片前緣的運動速度有時可以達到高鐵的時速。

青藏高原地區的風機經常遇到氣流干擾現象。王亮告訴筆者，就像大家平時坐飛機遇到氣流干擾時一樣，高速運動的風機如果遇到氣流干擾，同樣會發生顛簸，這會影響發電效率。

建設高海拔風電場，施工也是個難題。一些施工機器也會產生“高原反應”，出現降耗降容的現象，比如起吊機械時，由于氧氣不足、燃燒不充分，導致施工設備無法達到與平原地區相同的出力效果。

技術創新“治好”風機“高原反應”

在如此高的地方建設風電場史無前例，這意味著無經驗可循、無技術可依。依靠技術創新、設計優化，措美哲古風電場項目成功實現了在超高海拔地區高效率發電。

針對高海拔環境，措美哲古風電場的機組選擇了葉片長度更長的風機產品，加大機組掃風面積，增強捕風能力。王亮為科技日報筆者打了一個形象比方：“如果說平原地區的風是一碗米飯，那么高原地區的風就是一碗稀飯，我們要通過把碗變大來‘喂飽風機。”因此，措美哲古風電場機組的葉輪直徑較其他地區的同等功率機組增加了20米左右，使其掃風面積增加了近30%，相當于多出11個籃球場那么大的面積。

針對高海拔地區惡劣的氣候環境，在風機葉片研發過程中，項目團隊在葉片表面采用高耐候性、高耐磨性、高彈性的膠衣及面漆涂層，以延緩葉片老化。“如果說低海拔地區機組葉片穿的是普通棉服，那么高原機組的葉片穿的就是高科技沖鋒衣。”王亮表示，這樣的設計能最大程度地保護葉片，抵御惡劣環境，保證機組的質量和運行壽命。

針對西藏空氣密度較低這一特點，項目團隊優化了葉片的氣動外形設計，提高了葉片對氣流的適應性，從而穩定了機組的功率輸出。

“為了解決施工建設難題，在措美哲古風電場項目中，我們借助數字技術，最大限度地扭轉了自然環境帶來的困局。”王亮告訴筆者，項目團隊利用智慧風場的數字化和智能化技術，實時監控現場天氣情況和機組運行情況，做到提前預警潛在故障，提前準備備用器部件，最終在無人值守或少人值班的前提下，降低了故障率、提升了發電量和經濟效益。

不僅如此，高海拔地區的風機壽命一般要比平原風機的壽命短。但是，由于采取了一系列獨特設計，措美哲古風電場的高原風機壽命已經達到和平原風機同等的水平，即20年以上。

從海洋到陸地，從平原到高原甚至沙漠，近年來，我國持續推進大型風電光伏等可再生能源建設。截至2023年上半年，全國可再生能源裝機達到13.22億千瓦，同比增長18.2%，歷史性超過煤電，大約占到我國總裝機的48.8%；其中，風電裝機3.89億千瓦，上半年發電量4628億千瓦時，同比增長20%。

三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示，西藏措美哲古風電場成功建設，為后續超高海拔地區“基地化、規模化、集中連片”風電開發奠定了良好基礎，對我國超高海拔風電開發建設和地區經濟社會發展都具有十分重要的意義。