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风电场规划与选址的基本原则

风电场规划与选址的原则一般是根据风能资源调查与分区的结果,选择最有利的场址,以求增大风电机组的输出功率,提高供电的经济性、稳定性和可靠性,最大限度地减少各种因素对风能利用、风电机组使用寿命和安全的影响,全方位考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用、环境等因素。基本原则分为以下几个内容:

1.风能资源丰富、风能质量好

(1)建设风电场最基本的条件是要有高质量的风能资源。年平均风速一般应大于5m/s,风功率密度一般应大于150W/m ,风速大于3m/s的时间全年有3000h以上。

(2)盛行风向稳定,要求有一个或两个盛行主风向,以利于风电机组布置。当没有固定的盛行风向时,一般按风向统计各个风速的出现频率,使用风速分布曲线来描述各风向方向上的风速分布,作出不同的风向风能分布曲线,即风向玫瑰图和风能玫瑰图,从而来选择盛行主风向。

(3)风电机组高度范围内风垂直切变小,以利于风电机组的运行,减少风电机组故障。

(4)风速的日变化和年变化与当地的负荷曲线相匹配,风速的日变化和季节变化小,降低对电网的冲击。

(5)湍流强度小,减轻风电机组的振动、磨损,延长风电机组寿命。湍流强度受大气稳定和地面粗糙度的影响,所以在建风电场时,应避开上风方向地形起伏和障碍物较大的地区。

(6)尽量避开灾害性天气频繁出现地区。灾害性天气包括强风暴(如强台风、龙卷风等)、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等,对风电机组具有破坏性。若在选址时不可避免地要将风电场选择在这些地区时,在进行风电机组设计时就应将这些因素考虑进去,还要对历年来出现的冰冻、沙暴情况及其出现的频度进行统计分析,并在风电机组设计时采取相应措施。

2.满足并网要求

(1)应尽量靠近电网(一般应小于20km),减少线损和送出成本。小型的风电项目要求尽量离10~35kV电网近些;较大型的风电项目要求尽量离110~220kV电网近些。

(2)研究电网网架结构和规划发展情况,根据电网容量、电压等级和电网结构等方面确定风电场建设规模。

(3)由于风电输出有较大的随机性,电网应有足够的容量,以免因风电场并网输出随机变化或停机解列对电网产生破坏作用。一般来说,风电场总容量不应大于电网总容量的5%,否则应采取特殊措施,满足电网稳定性要求。

3.符合国家产业政策和地区发展规划

(1)确定场址的规划情况,是否已用作其他规划,或和规划中的其他项目有矛盾。

(2)选址时注意避开农田、压覆矿产、军事设备、文物保护、风景名胜以及其他社会经济等区域。

文物古迹方面特别要注意中国的民俗,即在高山顶部常建有宗教建筑物,如三明市泰宁县峨嵋峰风电场、将乐县万泉镇九峰山风电场、清流县大丰山风电场、三元区普禅山风电场均存在庙宇或道观,受民俗影响,当地居民极可能反对在这些区域建设风电场,因此选址时要充分考虑这个因素。

军事方面主要由地方政府部门提供信息来确定有没有军事设施,这里要特别注意的是有没有废弃的地下军事坑道。

自然保护区内建设风电场应充分征求国家相关部门的意见,特别对国家级的核心自然保护区要尽可能地避开。

矿藏问题也应充分调查清楚,采矿也是风电场建设的一个重要不利因素,如将乐县孔坪镇区域的风电场存在锰矿。

4.具备交通运输和施工安装条件

要考虑所选定风电场交通运输情况如下:

(1)场址周围港口、公路、铁路等交通运输条件应满足风电机组、施工机械、吊装设备和其他设备、材料的进场要求,运输路段及桥梁的承载力应适合风电机组运输车辆。

(2)由于山区的弯道多、坡道多,根据风电场需要运输大件设备的特点,对超长、越高、超重部件运输主要是考虑3个方面:道路的转弯半径能否满足风电机组叶片的运输;道路上的架空线高度能否通过风电机组塔筒的运输;道路的坡度能否满足运载机舱的汽车爬坡能力。

(3)对风能资源相似的场址,应尽量选择对外交通方便的场址,以利于减少道路的投资。施工安装时,场内施工场地应满足设备和材料存放、风电机组吊装等要求。

5.保证工程安全

(1)风电场选址时要考虑所选定场地地理位置的如下因素:

1)场址应避开洪水、潮水、地震、火山频繁爆发、火灾、气象灾害(台风)和其他地质灾害(山体滑坡)区,以及具有考古意义和特殊使用价值的地区。应收集历年有关部门提供的历史记录资料。结合实际做出评价。

2)风电场应远离人口密集区,以减少风电场对人类生活等方面的影响,如风电机组运行会产生噪声及叶片飞出伤人等。有关标准规定风电机组离居民区的最小距离应使居民区的噪声小于 45dB(A),从噪声影响和安全考虑,单台风电机组应远离居住区至少200m,大型风电场应远离居住区至少500m。

(2)风电场选址时要考虑所选定场地土质情况的如下因素:

1)考察场址的土质情况,如是否适合深度挖掘、房屋建设施工、风电机组施工等。要有详细的反映该地区的水文地质资料并依照工程建设标准进行评定。评价场址的主要工程地质条件,包括建筑物和塔架地基岩土体的容许承载力及边坡的稳定性,判别Ⅶ度及其以上地区软土地基产生液化的可能性,提出基础处理的建议。

2)机位处持力层的岩层或土层应厚度较大,变化较小,土质均匀,承载力满足要求,并要求地下水位低,地震烈度小。风电机组机位应避开断层,对活动性断层须参考有关规范确定避让距离。因此在大、中型风电场选址时,应及时收集有关区域地质资料,必要时尚须进行实地查勘。

6.满足环境保护要求

风电是无污染的可再生新能源,国家支持大力开发,但仍需满足环境保护的如下要求:

(1)避开鸟类迁徙路径、候鸟和其他动物的停留地或繁殖区。

(2)和居民区保持一定距离,避免噪声、叶片阴影及电磁干扰。

(3)避免或减少占用耕地、林地、牧场等区域,防止水土流失。

(4)避开自然保护区和珍稀动植物地区,场区内树木应尽量少,以减少在建设和施工过程中砍伐树木。

7.地形条件

地形因素要考虑风电场址区域的复杂程度,如多山丘区、密集树林区、开阔平原地、水域或兼有等。地形单一,则对风的干扰低,风电机组运行在最佳状态;反之,地形复杂多变,产生扰流现象严重,对风电机组出力及安全运行不利。

(1)平坦地形下,在4~6km半径范围内,场址周围地形的高度差小于50m,且地形坡度小于3%。还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对附近气流的扰动作用。

(2)复杂地形下,要求风电场场址的地形应比较简单,便于设备的运输、安装和管理。另一方面,为保障风能资源合理有序开发,基于地理信息系统(Geo-graphic Infor mation System,GIS)的风电场选址系统受到广泛重视。在风电场选址中考虑的地形条件,主要是指地形复杂程度,可用地形起伏度和坡度这两个参数来表征。GIS技术的快速发展为地形的定量分析提供了新手段,而全球免费共享的SRTM(Shuttle Radar Topog raphy Mission)为地形分析提供丰富的数据资源,可以利用它提取地形起伏度、坡度等地形参数。

8.温度、气压、湿度和海拔

(1)温度、气压、湿度的变化会引起空气密度的变化,从而改变风功率密度,由此改变风电机组的发电量。在收集气象站历年风速风向数据资料及进行现场测量的同时应统计温度、气压、湿度。

(2)同温度、气压、湿度一样,具有不同海拔的区域其空气密度不同从而改变风功率密度,由此改变风电机组的发电量。在利用软件进行风能资源评估分析计算时,不同的海拔间接对风电机组发电量的计算验证起重要作用。

9.满足投资回报要求

规划装机规模满足经济性开发要求,项目满足投资回报要求,一般要求风电场资本金回报率不低于8%。

随着技术发展和风电机组生产批量的增加,风电成本将逐步降低。但目前中国风电上网电价仍比煤电高。虽然风电对保护环境是有利的,但对那些经济发展缓慢、电网比较小、电价承受能力差的地区,会造成沉重的负担,所以争取国家优惠政策扶持至关重要。

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