高海拔风电如何实现高效益？

      十年前，当高原风电还是风电开发禁区的时候，华能集团成为“第一个吃螃蟹的人”，成功在云南开发了全国首个高海拔风电场，打破了云贵川高原地区不适宜建风电场的传统观念，也正式拉开了云南风电开发的大幕。

      如今，华能集团在云南投运了20多座风电场。作为其中的代表项目，大理五子坡风电场以高发电量成为滇西地区的标杆风场。

      他们在高原风电开发和运维上获得了哪些经验？如何做到风机利用小时数远超可研设计的利用小时数？又是如何兼顾经济效益和生态效益？

      发电表现远超预期

    “风、花、雪、月”并称大理四绝为世人所知。苍山洱海间的风让下关成为著名的“风城”，也为大理风电开发提供了基础性条件。

      位于大理州大理市、巍山县、弥渡县交界的山脊和台地上的五子坡风电场，海拔在2600米左右，投运首年可利用小时数即超过3600小时，成为当年的全国发电冠军。2016年风机利用小时数超过3700小时，在空气相对稀薄、年平均风速7米/秒左右的情况下发电超过5亿千瓦时；2015年风机利用小时数超过4000小时，发电超过6亿千瓦时。

      根据中国能建云南院此前的可研数据，五子坡风电场的可研年平均风速为8米左右，空气密度约为0.853kg/m3，可研设计的年平均可利用小时数为2800小时。这意味着，五子坡风电场的表现已远远超出预期。该项目凭借骄人的业绩获得国家优质工程奖、中国电力优质工程等多项国家级奖项。

      华能新能源云南分公司综合部经理夏彦喆介绍说，五子坡风场规划了四期，已投运三期，装机总容量14.85万千瓦，安装了99台中车株洲电力机车研究所有限公司(简称“中车株洲所”)提供的WT1500 1.5兆瓦风电机组。工程概算总投资约15亿元，实际总投资约12亿元，工程单位千瓦造价约8300元/千瓦时，节省投资近3亿元。

      针对工程区地形地貌复杂，成风机理差异大，气候条件多变，地质灾害多发，交通运输条件差等恶劣条件，作为设计单位，中国能建云南院在微观选址、场内道路、吊装平台、风机基础、升压站及集电线路等多方面都提出了系统、科学、经济合理的设计方案。

    “在五子坡风电场的建设过程中，我们并非单纯的设备供应商。在前期预可研阶段，我们也与业主、设计院所密切沟通，不断优化解决方案。针对高原的雷暴、紫外线强等特殊条件，在机组的设计过程中融入了个性化的因素，相当于提供了定制化服务。”中车株洲所技术中心主任王靛告诉记者。

      华能新能源云南分公司规划部经理庞军说，正是在业主单位、设计院所、设备提供商的通力合作下，针对高海拔特点，前期做了很多诸如防雷、绝缘等适应性设计，最终为风电场的优异表现奠定了坚实基础。

      设计、选型、运维更具针对性

    “风电场发电量高，是多种因素共同作用的结果。”五子坡风电场场长王启江告诉记者，“首先，风场的风资源条件相对较好，风速比较均匀、风向比较固定。其次，与合理的前期设计、精准的微观选址、科学的机组选型、精细的风场运维密切相关。再次，五子坡风场是第一个接入云南省省调直调的风场，外送通道条件非常好。”

      五子坡风场一期项目于2010年开始建设，1.5兆瓦风机是当时的主流机型。“那时，专门运用于高海拔地区的1.5兆瓦风机非常少，中车株洲所在轨道交通领域积累了丰富的高海拔运行经验，他们将这些经验复制到风机设备制造中。”夏彦喆说，“风机选型主要根据风电场的风速情况及湍流强度等因素综合考虑，优化选用大叶片、变桨变速的机型保证风机的功率和经济效益最大化。风机的布置根据风电场风能资源条件、地形条件等因素综合考虑，结合已经运行的高山风电场经验，风机布置采取沿山脊单排布置为主，部分风能资源好的区域采用前后排左右错开的方式多排布机。”

      据介绍，以五子坡风场的经验来看，高海拔风电场运维也有自己的难点和特点：高原山地区域，自然灾害如雷暴、雨雪、凝冻极端恶劣天气对机组运行影响较大；地处林区，线路巡视维护工作量大；道路蜿蜒曲折，占线长，等待维修工作时间较长。

      王启江告诉记者，为了提升精细化运维水平，一是狠抓设备治理，提升机组运行性能，着重关注机组的防雷性能，同时密切关注天气变化情况，加强设备的巡视检查与维护，在极端恶劣天气情况下，主动积极采取相应措施，避免故障范围的进一步扩大；二是优化线路设计，减少线路在迎风坡的建设，并结合区域地段的自然环境，提升线路覆冰、雷击的能力，降低输电线路故障次数；三是强化现场运维工作管理，转变被动检修的思维模式，做到事前有计划、有安排，工作有落实，减少人力、物力不必要的消耗或等待。

      五子坡风场一期2012年初投运，二期2012年中投运，三期2013年初投运。除了日常的运维外，伴随风机投运年限的增长，外部环境条件的改变，技改工作同样必不可少。

      据介绍，五子坡风场投运后，中车株洲所实施了防雷、主传动链、变频器、润滑系统等多项技改。特别是防雷技改和功率曲线的优化明显提升了发电量。“按照可研数据，五子坡风场的年均雷暴天数多达55天左右。虽然风机本身都有避雷设计，但雷暴天气对于线路的影响比较明显。通过技改优化，故障率大幅降低，风机可利用率从2012年的96.35%提高到2016年的99.45%，技改后进一步提升了机组的运行性能及运行稳定性。”王启江说。未来，双方还将继续在风力发电机组性能优化提升、技术服务与交流、运维服务、备件供应等方面进行合作。

      为发挥区域规模化优势，利用先进的信息技术采取集约化、专业化管理，实现区域内风电场的集中监控、综合数据分析和统一运维管理，华能新能源云南分公司实施了集控中心建设项目，五子坡风场成为南方电网第一个实现远程集控的风电场。

      据介绍，接入集控中心后，风电场运维人员将工作重点转移至机组维护和检修，由集控中心承担风电场远程监视和控制的运值工作。风场运维逐步实现了向无人值班、少人值守模式转变。

      追求的不仅仅是经济效益

      高效益不仅仅是经济效益，五子坡风电项目再次印证了风电开发同样可以兼顾良好的生态效益。

      庞军告诉记者，风电作为清洁可再生能源项目，在节约标煤、减排污染物方面具有明显的环保效益，但同样要避免风电开发建设过程中对生态环境可能造成的损害。为此，他们奉行“在保护中开发，在开发中保护”的原则，制定了完整的施工过程以及项目建成后的水土保持修复、植被恢复的方案，并且严格落到实处。

      在大理这样一个旅游胜地的边上开发风电，无疑对项目的生态和环境保护提出了更高要求。

    “施工过程中，针对噪音污染，合理安排施工时间，科学缩短工期；针对固体垃圾、废水的处理，施工过程中产生的建筑垃圾严格实行定点堆放，并及时清运处理，避免二次污染；采用小型飞机放线，大大减少集电线路工程量，借助地理优势避免了线路通道的砍伐，施工过程中控制临时施工便道的使用，尽量保护已有的植被与灌木，合理规划施工便道。”王启江说。

       据介绍，针对后期生态恢复，施工结束后，由于风电场恶劣的天气情况及施工机械可能会导致部分植被死亡，项目公司选择适宜物种进行定期补种，以保证整个场区的绿化效果，增加场地及周边区域绿化覆盖率；针对场内珍稀植被的保护，加大宣传力度，对场区内主干道附近分布的红豆杉、三尖杉国家重点保护植物有效避让，同时加大保护力度，砌筑保护围栏，悬挂保护宣传标牌。

      夏彦喆表示，当前云南省新能源政策形势严峻，建议整机厂商研究适应复杂地形的大容量智能型风机，在提高项目发电量的同时最大程度减少林地占用面积。