山西省風(fēng)力發(fā)電建設(shè)項目采用機型對比分析

王浩宇 王三平 韓 震 鞏鑫磊

(中國輻射防護研究院，山西太原 030006)

0 引言

山西水電資源貧乏，主要以燃煤發(fā)電為主，由此帶來的問題是煤炭資源消耗量大，燃煤排放的SO2、煙塵、氮氧化物對環(huán)境造成污染，同時因燃煤發(fā)電需水量大，加劇了地區(qū)干旱缺水的緊張局面。風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保的能源，基本不存在環(huán)境污染，在山西風(fēng)力資源豐富的地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場，可減少對煤炭和水資源的消耗，保護環(huán)境，有利于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)山西省發(fā)展和改革委員會制定的《山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃》，山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃總裝機容量為3 000萬kW，其中“十二五”(2011年～2015年)期間共規(guī)劃風(fēng)電裝機容量為1 200萬kW，“十三五”(2016年 ～2020年)期間共規(guī)劃風(fēng)電裝機容量為1 800萬kW。

目前山西省已建成的風(fēng)電場大都采用單機功率為1.5 MW及以下的機型，擬建的風(fēng)電場大都采用單機功率為2.0 MW的機型，而采用單機功率為3.0 MW的風(fēng)電場無論是已建成的還是擬建的均較少。下面從不同角度分析了采用不同單機機型的特征。

1 風(fēng)能資源

根據(jù)山西省風(fēng)能資源分布和土地資源情況，山西省風(fēng)電開發(fā)規(guī)劃涉及北部地區(qū)，山西中南部地區(qū)等11個市。其主要特點為:風(fēng)能資源條件良好，各規(guī)劃風(fēng)電場風(fēng)功率密度等級均在2級以上，且風(fēng)頻分布好，年有效風(fēng)速小時數(shù)高，大部分區(qū)域70 m高度年有效風(fēng)速小時達6 000 h左右;各規(guī)劃風(fēng)電場50年一遇最大風(fēng)速一般小于37.5 m/s，風(fēng)電場安全等級為IECⅡ～IECⅢ，適合選擇高效能風(fēng)力發(fā)電機組;區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，擬選場址多為荒山和荒地，不僅有利于風(fēng)電場的成片規(guī)?；_發(fā)和送出電網(wǎng)配套，而且土地利用矛盾少，效率高。根據(jù)三種機型的特點，一般情況均可與當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源匹配。

2 土地利用和環(huán)境保護

對于總裝機容量一定的風(fēng)電場，采用的單機功率越大，意味著風(fēng)機數(shù)量越少。例如風(fēng)電場總裝機容量為48 MW，應(yīng)建設(shè)單機功率為1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW分別為32臺，24臺和16臺。

風(fēng)電場建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的破壞主要體現(xiàn)在風(fēng)機、場內(nèi)施工檢修道路、集電線路占地對地表植被、野生動物等的影響。對于單個風(fēng)機而言，隨著功率的增加占地面積也略有增加，由于選用大功率的風(fēng)機數(shù)量上較選用小功率的風(fēng)機少，因此，對于選用不同單機類型的風(fēng)場總體而言，選用大單機功率風(fēng)機占地是最少的。

風(fēng)電場施工檢修道路和集電線路往往是在風(fēng)電場建設(shè)時對生態(tài)影響最大的因素，因為檢修道路和集電線路需要在各個風(fēng)機機位之間連接，且道路的寬度必須滿足機械設(shè)備對風(fēng)機運輸?shù)囊?。一般而言，在?fù)雜的山脊型風(fēng)電場中，機組間距的加大會造成機組間電纜長度、道路長度、電量損耗的增加，進而影響項目的經(jīng)濟性，較少數(shù)量的風(fēng)電機組通常意味著較少的場內(nèi)檢修道路和集電線路。

因此，對于總裝機容量一定的風(fēng)電場，選取大單機功率機型時風(fēng)機占地、場內(nèi)施工檢修道路、集電線路占地均是最小的，進而造成風(fēng)場內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞量通常也會更小。

例如，華能風(fēng)力發(fā)電公司在繁峙縣曾規(guī)劃建設(shè)一期49.5 MW風(fēng)電場，規(guī)劃建設(shè)單機容量1.5 MW風(fēng)機33臺，項目尚未開工建設(shè)，后來從減少土地占用，減小環(huán)境影響，并能充分利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)資源的角度考慮，在一期風(fēng)電場容量不變的條件下，將原來計劃建設(shè)的33臺單機為1.5 MW風(fēng)機變更為30臺單機為1.65 MW風(fēng)機，縮減了風(fēng)電場的范圍，減少了工程占地。變更前后占地對比情況見表1。

表1 華能風(fēng)力發(fā)電公司繁峙風(fēng)電一期工程占地情況對比

由表1可知，由于風(fēng)機臺數(shù)減少，相應(yīng)風(fēng)機占地、場內(nèi)集電線路占地、施工檢修道路占地均較變更前減少。

又如，大唐左權(quán)縣某風(fēng)電場工程在可研初期階段擬定的裝機方案為安裝單機容量1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機組33臺，總裝機容量49.5 MW，風(fēng)機分別布置于風(fēng)場東部和西部的兩道山梁上，占地面積相對較大。后經(jīng)多次現(xiàn)場踏勘與調(diào)查發(fā)現(xiàn)風(fēng)場西部的山梁植被生長茂密，有成片的喬木林分布，布置風(fēng)機將會占用較大面積的成林地，而東部的山梁則植被相對較稀疏，基本沒有喬木林分布，較適合布置風(fēng)機，鑒于此種情況，建設(shè)單位提出了替代方案，將裝機方案變更為安裝單機容量3.0 MW風(fēng)力發(fā)電機組16臺，總裝機容量48 MW，將風(fēng)機全部布置于東部的山梁上，以避免占用大量的成林地，減小對生態(tài)環(huán)境的破壞。

替代方案提出后，原33臺風(fēng)機的西側(cè)涉及占用油松和遼東櫟林的風(fēng)電機組全部移除，替代方案中風(fēng)機均位于風(fēng)電場東側(cè)山梁，風(fēng)機、道路及集電線路的建設(shè)將不再占用保護對象油松和遼東櫟林。替代方案選擇單機容量3.0 MW的機組，雖然增大了設(shè)備進場運輸和施工難度，增加了施工檢修道路寬度，但從生態(tài)擾動范圍考慮，減少了永久占地25 460 m2、臨時占地43 628 m2;避免了永久占用保護對象油松和遼東櫟林10 160 m2、臨時占用華北落葉松林25 808 m2，大幅減少了項目建設(shè)的生態(tài)擾動范圍，減輕了對保護對象油松和遼東櫟林及其森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。

3 設(shè)備的運輸條件

山西省山區(qū)地形梯度變化較大，風(fēng)機均處在山梁上且多為單排布置，受溝谷走向及地形條件的影響較大。1.5 MW和2.0 MW型機組的風(fēng)輪直徑通常在80 m～90 m，輪轂高度一般為65 m～80 m;3.0 MW型機組的風(fēng)輪直徑通常在110 m以上，輪轂高度在90 m以上。單機功率較大型機組對設(shè)備的進場運輸?shù)缆诽岢隽烁叩囊?，對于山體轉(zhuǎn)彎半徑較小或山體坡度較大的路段運輸大型風(fēng)機較為困難。即要求更大的轉(zhuǎn)彎半徑，這往往成為山區(qū)丘陵型風(fēng)電場建設(shè)的較大限制因素。

大功率型風(fēng)機擁有更大的體積及重量，也需要更大的運輸設(shè)施和吊裝設(shè)備。風(fēng)場大多機位均布置于相對高點的山包上，風(fēng)機施工時需平整出相對較大的場地以供風(fēng)機施工及吊裝，大功率機型相對小機型也需要更大的吊裝場地。結(jié)合已建風(fēng)場的施工經(jīng)驗，對于山區(qū)風(fēng)場，無論從風(fēng)場道路施工或是風(fēng)機吊裝考慮選用小機型風(fēng)機可以減少工程施工難度。

例如，華能風(fēng)力發(fā)電公司神池縣某風(fēng)電場擬采用單機為1.5 MW功率的風(fēng)電機組，而沒有采用更大功率的機組主要和當(dāng)?shù)仫L(fēng)能和運輸條件有關(guān)，主要包括以下方面:

1)神池地區(qū)極限風(fēng)速大，根據(jù)預(yù)測80 m高極限風(fēng)速為45 m/s，考慮到風(fēng)電場的安全運行，不適合使用大功率風(fēng)機。2)場址條件能夠滿足1.5 MW機組對于設(shè)備運輸和安裝的相關(guān)要求，減少臨時占地面積，可以有效降低工程造價、降低工程風(fēng)險、保證施工安全。a.運輸公路中共有幾處過水路面，整條路線上90°彎角多處(2.0 MW和3.0 MW風(fēng)機葉片過長，90°彎道阻礙了風(fēng)機葉片的運輸)。b.現(xiàn)有道路按照鄉(xiāng)級公路標(biāo)準(zhǔn)修建的，承重能力有限，2.0 MW和3.0 MW風(fēng)機機組自身重量過大，易壓壞路面。

4 經(jīng)濟效益及技術(shù)成熟度

大功率機型風(fēng)電機組的單位機組投資較大，但同等規(guī)模下建設(shè)數(shù)量少，總投資和總發(fā)電量與小功率機型相差不大，因此總裝機容量一定的風(fēng)電場不同功率機型在建設(shè)期、建成后的經(jīng)濟成本、效益區(qū)別不大。但考慮到目前國內(nèi)主流風(fēng)電機組生產(chǎn)廠家對單機1.5 MW和2.0 MW容量的風(fēng)電機組生產(chǎn)已成熟，各地也已普遍投入安裝運行，而國內(nèi)3.0 MW型機組國內(nèi)市場雖然日趨成熟，但在山西應(yīng)用仍較少。

5 結(jié)語

1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW三種不同機型在風(fēng)能資源上均適用于山西的山區(qū)風(fēng)場。對于總裝機容量一定的風(fēng)電場，選取大單機功率機型對風(fēng)場內(nèi)生態(tài)環(huán)境破壞量通常也會更小，而從風(fēng)場道路施工或是風(fēng)機吊裝考慮選用小機型風(fēng)機可以減少工程施工難度，風(fēng)電場選用不同功率機型在建設(shè)期、建成后的經(jīng)濟成本、效益區(qū)別不大。對于山西省風(fēng)電場，選用2.0 MW單機功率的風(fēng)機仍是目前的主流趨勢。