風(fēng)電工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)及應(yīng)注意的問題

孫 娟

（內(nèi)蒙古魯電蒙源電力工程有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)能作為一種清潔、可再生的能源形式，受到越來越多國家和地區(qū)的重視。風(fēng)電作為利用風(fēng)能進行發(fā)電的一種方式，具有環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)勢，風(fēng)電項目的安全、高效運行和發(fā)電量的最大化至關(guān)重要，已經(jīng)成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。因此，深入研究風(fēng)電工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)及應(yīng)注意的問題，對于推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。風(fēng)電工程設(shè)計對于風(fēng)電項目的運行效果和經(jīng)濟效益具有重要影響。準(zhǔn)確的風(fēng)資源評估可以指導(dǎo)布置風(fēng)機位和發(fā)電量的估算，從而實現(xiàn)最大的能量捕獲和發(fā)電效益。在機組選型和布置中，需要根據(jù)場區(qū)資源情況選擇適合的風(fēng)力發(fā)電機組，根據(jù)地形合理布置機位，以達到發(fā)電量最優(yōu)。風(fēng)電場中涉及大量的發(fā)電機組和輸電線路，電氣系統(tǒng)設(shè)計需要考慮各個環(huán)節(jié)之間的配套工作，確保能夠穩(wěn)定可靠地輸送發(fā)電能量，還需注意環(huán)境影響評價、土地利用規(guī)劃、快速啟動控制策略等。做好以上這些問題防范，相信可以更好地優(yōu)化風(fēng)電工程設(shè)計方案，為風(fēng)電工程做好鋪墊。

1 風(fēng)電工程設(shè)計的重要性

1.1 最大化發(fā)電效率

設(shè)計階段對風(fēng)電場的選址、風(fēng)機布置和風(fēng)機參數(shù)進行科學(xué)規(guī)劃，可以最大限度地利用可再生的風(fēng)能資源，提高發(fā)電效率。合理的設(shè)計可以確保風(fēng)機在最佳運行狀態(tài)下工作，提高每臺風(fēng)機的發(fā)電量，并最大程度地減少系統(tǒng)的故障和停機時間。[1]

1.2 保證工程安全與可靠性

風(fēng)電工程設(shè)計需要考慮風(fēng)機基礎(chǔ)、輸電線路、變電站等基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)固性和抗風(fēng)能力，以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。合理的設(shè)計有助于降低事故風(fēng)險，確保工程設(shè)備的安全運行，保護人員和設(shè)備的安全。

1.3 經(jīng)濟可行性

設(shè)計階段需要進行經(jīng)濟評估，包括投資成本、發(fā)電收益、運維費用等方面的考慮。通過綜合考慮各項因素并優(yōu)化設(shè)計方案，可以在滿足工程需求的前提下，降低投資成本、提高回報率，確保工程的經(jīng)濟可行性。

1.4 排放減少與環(huán)境保護

風(fēng)電工程是清潔能源的重要組成部分，對減少溫室氣體排放、改善空氣質(zhì)量和保護環(huán)境具有重要意義[2]。

1.5 可持續(xù)發(fā)展

風(fēng)電工程設(shè)計需要考慮未來可持續(xù)發(fā)展的因素。這包括設(shè)計與規(guī)劃的靈活性，以適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展和市場需求的變化，以及對環(huán)境影響的評估和管理，確保風(fēng)電場與周邊生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

綜上所述，風(fēng)電工程設(shè)計的重要性體現(xiàn)在提高發(fā)電效率、保證安全可靠性、經(jīng)濟可行性、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面?？茖W(xué)合理的設(shè)計有助于優(yōu)化工程性能、降低成本，并推動清潔能源的可持續(xù)利用。

2 在風(fēng)電工程設(shè)計中存在的普遍性問題

2.1 風(fēng)能資源評估不準(zhǔn)確

風(fēng)能資源評估是風(fēng)電工程設(shè)計的基礎(chǔ)，但由于數(shù)據(jù)采集和分析的原因，評估結(jié)果可能存在一定的誤差。不準(zhǔn)確的風(fēng)能資源評估可能導(dǎo)致選址錯誤、發(fā)電量的估算偏差等問題，影響發(fā)電效益。

2.2 不合理的風(fēng)機布置

風(fēng)機的布置對發(fā)電效率和系統(tǒng)可靠性有重要影響。如果布置不合理，例如主風(fēng)向風(fēng)機布置密度過高，尾流過大，會導(dǎo)致發(fā)電量的損失及一些安全問題。風(fēng)機布置過于稀疏，會增加道路及線路成本，造成資源浪費及成本增加，所以，風(fēng)場合理的機位布置至關(guān)重要[3]。

2.3 不足的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的不足可能導(dǎo)致風(fēng)機基礎(chǔ)的穩(wěn)固性不足，道路網(wǎng)絡(luò)不便利，輸電線路容量不足等問題。這會影響風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行，增加維護成本，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

2.4 輸電系統(tǒng)損耗過大

輸電系統(tǒng)設(shè)計的不合理可能導(dǎo)致電力傳輸過程中的能量損耗增加。例如，線路選擇不當(dāng)、線路距離過長、變電站布置不合理等因素都會導(dǎo)致電能損失增加，降低系統(tǒng)的發(fā)電效率。

2.5 忽視環(huán)境影響和生態(tài)保護

風(fēng)電工程設(shè)計應(yīng)該充分考慮對周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，包括鳥類遷徙、動物棲息地、景觀等。忽視這些因素可能導(dǎo)致生態(tài)破壞、生物多樣性下降以及與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的沖突。

為了避免上述普遍性問題，風(fēng)電工程設(shè)計需要進行全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析、科學(xué)合理的風(fēng)機布置、恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)設(shè)施設(shè)計、合理優(yōu)化的輸電系統(tǒng)設(shè)計，并充分考慮環(huán)境和生態(tài)保護的要求。此外，密切關(guān)注最新技術(shù)，也有助于解決潛在的問題并提高風(fēng)電工程設(shè)計的質(zhì)量[4]。

3 在風(fēng)電工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)

3.1 風(fēng)能資源評估

風(fēng)能資源評估是風(fēng)電工程設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。通過測量和分析擬規(guī)劃場區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)能分布情況，確定風(fēng)電場的容量，以保證風(fēng)能資源的充足性和可靠性。

3.2 風(fēng)機選擇與布置

根據(jù)風(fēng)能資源評估的結(jié)果，選擇適合的風(fēng)機類型和單機容量，并進行合理的風(fēng)機布置?？紤]到地形、資源件和電網(wǎng)接入等因素，確保風(fēng)機的最大發(fā)電效益和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計包括風(fēng)機基礎(chǔ)、道路網(wǎng)絡(luò)、輸電線路等的設(shè)計。合理的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計有助于保證風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行，減輕對環(huán)境的影響，并提高施工和維護的效率。

3.4 輸電系統(tǒng)設(shè)計

輸電系統(tǒng)設(shè)計包括風(fēng)電場內(nèi)部的電纜布置和連接，以及與電網(wǎng)的接入設(shè)計。合理設(shè)計輸電系統(tǒng)可以降低輸電損耗，確保穩(wěn)定的電力傳輸和電網(wǎng)的可靠性。

3.5 運維考慮

在風(fēng)電工程設(shè)計中，要考慮到風(fēng)機的日常運維需求。包括維修通道和設(shè)備的布置、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置、預(yù)防性維護計劃等，以保證風(fēng)機的可靠性和長期運行效益。

3.6 環(huán)境影響評估與管理

在風(fēng)電工程設(shè)計中，需要對環(huán)境影響進行評估，并采取合理的措施進行管理和保護。包括對鳥類、動物棲息地、景觀等方面的影響評估，并制定相應(yīng)的生態(tài)保護和環(huán)境管理計劃。

上述環(huán)節(jié)在風(fēng)電工程設(shè)計中都是至關(guān)重要的，通過科學(xué)合理的設(shè)計和規(guī)劃，可以提高風(fēng)電場的發(fā)電效率、可靠性和環(huán)境友好性。

4 在風(fēng)電工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)中需要注意的問題

4.1 數(shù)據(jù)可靠性

風(fēng)能資源評估是設(shè)計過程的基礎(chǔ)，確保所使用的測風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性至關(guān)重要。應(yīng)使用準(zhǔn)確、具有代表性的測風(fēng)數(shù)據(jù)，并進行檢驗、補全和代表年訂正，以減少誤差和不確定性。為了有效評估風(fēng)電場的風(fēng)能資源，按照GB/T18709-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法》、GB/T18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》及NB/T31147-2018《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量與評估技術(shù)規(guī)范》，從數(shù)據(jù)的完整性和合理性進行判斷檢驗，檢驗出缺測與不合理的數(shù)據(jù)，并對其進行處理，整理出至少連續(xù)一年完整的風(fēng)電場測風(fēng)數(shù)據(jù)。

在進行風(fēng)能資源評估時，應(yīng)該采用代表年數(shù)據(jù)。例如，可以使用測風(fēng)塔收集的實時觀測數(shù)據(jù)或者中尺度數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。除了風(fēng)速數(shù)據(jù)，還需要計算其他風(fēng)場特征參數(shù)，比如空氣密度、湍流強度、風(fēng)切變、50年一遇最大風(fēng)速等。通過使用代表年的風(fēng)資源數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地估算風(fēng)機的發(fā)電潛能。使用代表年數(shù)據(jù)可以反映出場區(qū)年內(nèi)逐月、逐時風(fēng)速和風(fēng)功率的變化趨勢，風(fēng)向和風(fēng)能頻率、風(fēng)速和風(fēng)能的頻率分布，較好的體現(xiàn)場區(qū)內(nèi)的風(fēng)資源情況[5]。

4.2 系統(tǒng)可靠性

在選擇風(fēng)機類型和布置時，應(yīng)考慮系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。避免風(fēng)機之間的尾流影響過大，合理選擇風(fēng)機機型以及機位布置，以最大程度地利用風(fēng)能資源并減少系統(tǒng)的故障風(fēng)險。例如：在布置風(fēng)機位時，需要考慮地理限制因素、風(fēng)機位的資源情況、風(fēng)機之間的尾流影響等因素。如果風(fēng)機間距過于近，會造成比較大的尾流損失，導(dǎo)致發(fā)電量的損失和系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。因此，在機位布置設(shè)計中應(yīng)合理安排風(fēng)機的間距和位置。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)重視系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，以減少故障風(fēng)險?？梢酝ㄟ^合理選型和質(zhì)量控制來選擇具有良好信譽和性能的風(fēng)機供應(yīng)商。此外，應(yīng)建立健全的維護和故障排除機制，確保系統(tǒng)能夠及時檢修和維護。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體場地和項目特點進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)設(shè)計，以確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的高效運行和可靠性。

4.3 基礎(chǔ)設(shè)施可行性

基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計要考慮工程的可行性和可持續(xù)性。確保風(fēng)機基礎(chǔ)的穩(wěn)固性和抗風(fēng)能力，道路網(wǎng)絡(luò)的合理布置和承載能力，輸電線路的距離和電壓損耗等因素的合理權(quán)衡。例如：在選擇風(fēng)機基礎(chǔ)類型時，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和氣象數(shù)據(jù)進行評估，確?；A(chǔ)能夠承受高風(fēng)速和強風(fēng)壓帶來的挑戰(zhàn)。為了方便設(shè)備建設(shè)和維護，需要對周邊道路進行規(guī)劃和改造，確保道路通達，并具備足夠的承載能力以應(yīng)對設(shè)備運輸?shù)囊?。在確定輸電線路的布局時，要考慮電場與電網(wǎng)之間的距離和電壓損耗。合理規(guī)劃輸電線路的長度和電壓等級，以降低輸電過程中的能量損失。

4.4 輸電系統(tǒng)效率

輸電系統(tǒng)設(shè)計要注重降低輸電損耗和提高電網(wǎng)接入效率。選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線材料、設(shè)計合理的線路走向和通道布局，以及合理規(guī)劃變電站和開關(guān)設(shè)備，以最大限度地減少能源損失和系統(tǒng)不穩(wěn)定的風(fēng)險。例如：選擇具有較低電阻和導(dǎo)電性能好的導(dǎo)線材料，如銅或鋁，以減少導(dǎo)線本身的電阻損耗。合理規(guī)劃輸電線路的走向，避免或減少輸電線路經(jīng)過山區(qū)、濕地等復(fù)雜地形，降低因自然條件帶來的線路損耗和故障風(fēng)險。同時，在通道布局方面，要考慮安全距離和通道寬度等要素，確保輸電線路的正常運行和維護。在選擇和布置變電站和開關(guān)設(shè)備時，要考慮設(shè)備的容量和效率，以及與輸電線路之間的連接和配合方式，以最大限度地減少能源傳輸中的損耗和系統(tǒng)不穩(wěn)定的風(fēng)險[6]。

4.5 運維便利性

在設(shè)計過程中要考慮風(fēng)機的日常運維需求。合理布置維修通道和設(shè)備，確保維護人員的安全和便捷訪問，設(shè)計有效的監(jiān)控系統(tǒng)和預(yù)警機制，以及制定維護計劃和緊急響應(yīng)措施，以保證風(fēng)機的可靠性和高效性。例如：在風(fēng)機組布局中要合理設(shè)置維修通道，以便維護人員能夠安全且便捷地進入風(fēng)機內(nèi)部進行巡檢和維護工作。此外，在布置過程中還需要考慮到維修設(shè)備（例如起重機、工具等）的存放和使用，確保維護作業(yè)的順利進行。設(shè)計有效的風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測風(fēng)機的狀態(tài)、運行參數(shù)和故障信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施。此外，建立預(yù)警機制，通過遠程監(jiān)控、傳感器技術(shù)等手段，提前預(yù)測可能發(fā)生的故障，以降低故障對發(fā)電效率的影響。而且需要制定科學(xué)合理的維護計劃，明確維護周期和任務(wù)，確保對風(fēng)機的定期檢查、保養(yǎng)和維修。同時，建立緊急響應(yīng)機制，制定應(yīng)急預(yù)案，對突發(fā)事件能夠迅速做出反應(yīng)，最大限度地減少故障對發(fā)電量的影響。

4.6 環(huán)境保護

在設(shè)計中要考慮環(huán)境影響評估和管理。評估風(fēng)電場對鳥類、動物棲息地、景觀等方面的影響，并采取相應(yīng)的環(huán)境保護措施，減少生態(tài)破壞和對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響。例如：在風(fēng)力發(fā)電項目規(guī)劃階段，進行全面的環(huán)境影響評估，分析風(fēng)電場可能對當(dāng)?shù)伉B類、動物棲息地、景觀等方面帶來的影響。根據(jù)評估結(jié)果，制定相應(yīng)的環(huán)境管理措施，以減少對生態(tài)環(huán)境造成的損害。對于受到風(fēng)力發(fā)電項目影響的鳥類和動物棲息地，采取措施保護其生存空間，并設(shè)置合適的維護通道和限制區(qū)域，避免人工干擾和破壞。通過以上設(shè)計要點的合理考慮，可以在風(fēng)力發(fā)電項目中實現(xiàn)運維便利和環(huán)境保護的目標(biāo)，減少對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的不良影響。

注意上述六個問題可以確保風(fēng)電工程設(shè)計的科學(xué)性、可行性和可持續(xù)性，提高風(fēng)電場的效益和環(huán)境友好性。

5 結(jié)語

在風(fēng)資源評估階段，需要全面考慮地理位置、地形地貌、氣象條件、資源條件等因素，以準(zhǔn)確評估風(fēng)資源的潛力和估算發(fā)電量。在風(fēng)電機組選型和布置設(shè)計中，需要選擇適合的風(fēng)機類型和單機容量、確定機組排布方式等，這些決策將直接影響到風(fēng)電項目的發(fā)電量和經(jīng)濟性。在設(shè)計過程中需要充分考慮環(huán)境保護和生態(tài)平衡，也需要考慮到風(fēng)場的特點和環(huán)境條件，以確保設(shè)備能夠在惡劣的氣候條件下正常運行，并且能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理故障。風(fēng)電工程設(shè)計是風(fēng)電項目建設(shè)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量和可靠性直接影響著風(fēng)電項目的運行效果和經(jīng)濟效益。工作人員需要從風(fēng)資源評估、風(fēng)電機組選型和布置、電網(wǎng)接入和輸電系統(tǒng)設(shè)計等幾個重要環(huán)節(jié)入手，總結(jié)思考風(fēng)電工程設(shè)計中需要特別關(guān)注的問題，做出更好的工程設(shè)計方案，不斷優(yōu)化，為風(fēng)電工程奠定良好的基礎(chǔ)。