风力发电项目方案概要

风力发电项目方案概要

目录

一、项目背景

1、中国风能源概况

中国属于地球北半球中纬度地区，在大气环流的影响下，分别受副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带的控制，北方地区主要受中高纬度的西风带影响，南方地区主要受低纬度的东北信风带影响。陆地最南端纬度约为北纬18度,最北端纬度约为北纬53度，南北陆地跨35个纬度，东西跨60个经度以上。独特的宏观地理位置和微观地形地貌决定了中国风能资源分布的特点。在宏观地理位置上属于世界上最大的大陆板块——欧亚大陆的东部，东临世界上最大的海洋——太平洋，海陆之间热力差异非常大，北方地区和南方地区分别受大陆性和海洋性气候相互影响，季风现象明显。北方具体表现为温带季风气候，冬季受来自大陆的干冷气流的影响，寒冷干燥，夏季温暖湿润;南方表现为亚热带季风气候，夏季受来自海洋的暖湿气流的影响，降水较多。

中国对风能资源的观测研究工作始于20世纪70年代，中国气象局先后于20世纪70年代末和80年代末进行了两次全国风能资源的调查，利用全国900多个气象台站的实测资料给出了全国离地面10m高度层上的风能资源量。据资料介绍，当时我国的风能资源总储量为32.26亿kW，陆地实际可开发量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。

根据中国气象局于2004～2006年组织完成的最新的第三次全国风能资源调查，利用全国2000多个气象台站近30年的观测资料，对原有的计算

结果进行修正和重新计算，调查结果表明：我国可开发风能总储量约有43.5亿kW，其中可开发和利用的陆地上风能储量有6～10亿kW，近海风能储量有1～2亿kW，共计约7～12亿kW。

下图为：中国有效风能密度分布图，深颜色显示了风能丰富地区的分布。

(1)“三北”(东北、华北、西北)风能丰富带

该地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带，是风能丰富带。该地区可设风电场的区域地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，适于大规模开发利用。

(2)东南沿海地区风能丰富带

冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到该地区沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富带之一，年有效风功率密度在200W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等地区，年可利用小时数约在7000至8000小时。东南沿海由海岸向内陆丘陵连绵，风能丰富地区距海岸仅在50千米之内。

(3)内陆局部风能丰富地区

在两个风能丰富带之外，局部地区年有效风功率密度一般在100W/m2以下，可利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，也可能成为风能丰富地区。

(4)海拔较高的风能可开发区

青藏高原腹地也属于风能资源相对丰富区之一。另外，我国西南地区的云贵高原海拔在3000米以上的高山地区，风力资源也比较丰富。但这些地区面临的主要问题是地形复杂，受道路和运输条件限制，施工难度大，再加上海拔高，空气密度小，能够满足高海拔地区风况特点的风电机组较少等等，增加了风能开发的难度。

(5)海上风能丰富区

海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年。我国海上风能丰富地区主要集中在浙江南部沿海，福建沿海和广东东部沿海地区，这些地区海上风力资源丰富且距离电力负荷中心很近，与海上风电开发成本虽高，但具有高发电量的特点相适应。

2009年12月中国气象局正式公布全国风能资源详查阶段成果数字为陆上50m高度潜在开发量约23.8亿千瓦，近海5～25m水深线内可装机量约2亿千瓦。

2、风力发电的发展前景

中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，根据行业杂志《风能世界》载录，中国市场最热的可再生能源，比如风能、太阳能等产业。风能资源则更具有可再生、永不枯竭、无污染等特点，综合社会效益高。而且，风电技术开发最成熟、成本最低廉。根据“十一五”国家风电发展规划，

2010年全国风电装机容量达到500万千瓦，2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。而2006年底，全国已建成和在建的约91个风电场，装机总容量仅260万千瓦。风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于:能力每增加一倍，成本就下降15%，近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。

根据发改委能源研究所探测计算，中国陆地70米高度3级及3级以上风能技术开发量超过26亿千瓦，在现有风电技术条件下实际可装机容量将超过10亿千瓦，另外水深不超过50米的近海海域风电实际装机容量大致在5亿千瓦左右。2012年国内累计装机不到1亿千瓦，可见国内在现有风电技术条件下，大规模发展风电的前景依然巨大。

风电资源多集中于“三北”（东北、华北和西北）地区，其中内蒙古的东蒙和西蒙、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部和江苏近海等7个千万千瓦级风电基地风能资源最为丰富，50米高度3级以上风能资源的潜在开发量月18.5亿千瓦，可装机容量月5.57亿千瓦，若考虑70米及以上高度和风电技术进步情况，可装机容量还将大幅增加。国家能源局印发的《风电发展“十三五”规划》，明确了“十三五”期间风电发展目标和建设布局。规划指出到2020年底，风电累计并网装机容量确保达到2.1亿千瓦以上，其中海上风电并网装机容量达到500万千瓦以上;风电年发电量确保达到4200亿千瓦时，约占全国总发电量的6%。有效解决弃风问题，“三北”地区全国达到最低保障性收购利用小时数的要求;风电设

备制造水平和研发能力不断提高，3-5家设备制造企业全面达到国际先进水平，市场份额明显提升。

可见，风机市场前景诱人，发展空间广阔。

3、风力发电应用的重要意义

(1)充分利用风能资源，减少常规能源的消耗，符合国家能源改革的方向。而且风能又是可再生能源(即在同一地点相距6～8倍风轮高度的距离后风能又达到原值)。取之不尽，用之不竭。

(2)风力发电场对比同规模使用燃煤电厂其向大气排放的污染物为零，实现固体、气体零排放。对保护大气环境有积极作用。

(3)风力发电场比燃煤电厂可节省大量淡水资源，减少水环境污染。特别是对缺少淡水资源的沿海及干旱地区更重要。

(4)在沿海及旅游区风力机群也是一道风景线，可在一定程度上反映经济、文化、环境相融洽的程度。

(5)通过实物教育，可增强公众开发自然资源、保护环境的意识。

(6)建设风力电场对发展沿海经济有重大意义。如建海产冷库、开展海水淡化、进行电量季节调峰等都起到关键作用。

二、项目概况

通过对项目地全区风能资源的全面普查和评估，全区风能总储量为13.8

×108kW，技术可开发量为3.8×108kW，占全国风能资源技术可开发量的

50%，居全国首位。同时全区风能丰富区和较丰富区面积大，分布范围广，且具有稳定度高、连续性好的风能品位。

风电场所在地区受西风环流、西伯利亚气团、蒙古高压、贝加尔湖气旋，及东北低压等综合影响，该地区春季风力最大，秋冬季次之，风能资源较好。

三、厂址条件与风能资源分析

项目地不同高度主风向和主风能方向基本一致，主风向均集中在西（W）、西西北（WNW）、西西南（WSW）；主风能方向均为西（W）、西西北（WNW）、西西南（WSW）。盛行风向稳定，冬季风大，春季风小。

风电场80m轮毂高度处代表年年平均风速为7.6m/s；年平均风功率密度为438.5W/m2,风电场90m轮毂高度处代表年年平均风速为7.7m/s；年平均风功率密度为463.8W/m2。

用WAsP软件进行威布尔曲线拟合计算，得到90m高度代表年平均风速为7.73m/s，平均风功率密度为533W/m2，威布尔参数A=8.7，k=1.98；85m高度代表年平均风速为7.62m/s，平均风功率密度为517W/m2，威布尔参数A=8.6，k=2.00；80m高度代表年平均风速为7.61m/s，平均风功率密度为503W/m2，威布尔参数A=8.5，k=2.02。根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级为3级。

预装风机轮毂90m高度50年一遇最大风速为36.6m/s，小于37.5m/s。风电场70m～50m高度15m/s风速段湍流强度介于0.07～0.11，湍流强度

较小。根据国际电工协会IEC61400-1（2005）判定该风电场可选用适合IECⅢC或者IECⅢS及其以上安全标准的风机。风电场风向稳定，风能资源丰富，具备较高的开发价值，适宜建设大型风电场。

四、工程技术方案

1、电站总体设计方案

鄂尔多斯杭锦旗100MW风电清洁供暖项目场址位于内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗伊和乌素苏木西北方向约45km处。本期风电场中心坐标约为东经107°20′04″，北纬40°02′36，场区内植被稀疏，地势略有起伏。

本期100MW风电项目+配套在鄂尔多斯市杭锦旗锡尼镇胜利小区同步建设电锅炉一座，供热面积为30万平米。包括但不限于100MW风电场、35kV汇集线路、扩建220kV升压站(含主变、35kV配电室、SVG室、综合楼等)、供热站建设、供热站10kV供电线路。计划2017年8月开工，2017年12月风电并网发电、供暖项目2017年10月15日完工通过供暖验收。

本期工程拟安装50台2.0MW的风电机组，总容量100MW，配合本期工程扩建一期工程已建成的220kV升压站，与一期工程共用升压站，以2回220kV送出线路接入电网。

经可研阶段风能资源评估，杭锦旗都城绿色能源有限公司100MW风电清洁供暖项目工程适合安装IECⅢ及其以上安全等级的风机。本阶段综合考虑风电场风能资源条件、风机生产厂商业绩、机组成熟度及认证情况、

价格因素等，本次投标捆绑机型为金风科技GW115/2000kW-H90m风电机组，投标机型技术参数见下表1。

表1：投标机型（金风GW115/2.0MW-90m）主要技术参数表

2、风电机组布置

风电机组排列布置的原则是，机组布置要利用测风塔订正数据，综合考虑风场地形、地质、运输、安装和联网条件，充分利用风能资源，最大限度地利用风能；要考虑防洪、抗震、安全距离。

（1）根据风电场风向玫瑰图和风能玫瑰图显示的盛行风向、年平均风速等条件，确定主导风向，机组排列应与主导风向垂直。

（2）对平坦、开阔的场址，可单排或多排布置风电机组，多排布置时应尽量呈“梅花形”排列，以减少风电机组之间尾流的影响。

（3）对复杂地形的场址，风电机组布置要特别注意，一般选择在四面临风的山脊上布置，也可在迎风坡上布置，同时必须注意复杂地形可能存在紊流情况。

（4）盛行风向基本不变的风场，采用“梅花形”布置，在盛行风向上机组间距5～9倍风轮直径，垂直盛行风向上机组间距3～5倍风轮直径。（5）盛行风向不是一个方向的风场，采用对行排列布置和“梅花形”布置。

（6）迎风坡上布置风电机组，前、后（或高、低）机组的轮毂高差1.5～2.5倍风轮直径。

（7）风电机组布置，满足《风力发电场设计技术规范》DL/T5383-2007和《风电场噪声限值及测量方法》DL/T1084-2008的规定。

拟建场区东西长约6km，南北宽约11km，场地地貌为鄂尔多斯隆起台地，地形略有起伏，地势南高北低，海拔在1000～1619m之间。场区内地表植被稀少，零星几处居民区。根据风电场测风塔实测数据分析，场区内盛行风向为西风，根据各测风塔代表年数据模拟场区内风资源分布结果来看，场区内海拔较高的丘陵处风资源较优。本阶段暂以投标文件中提供的推荐风机布置方案对风电场发电量和尾流影响进行复核计算，风机布置另附图。

3、结构系统部分

本期工程装机容量100MW，设计安装50台2000kW的风电机组。根据FD002-2007《风电场工程等级划分及设计安全标准》（试行），工程等别为Ⅱ等大型工程；机组塔架地基基础建筑物设计级别为1级，建筑物结构安全等级为二级；机组塔架基础洪水设计标准重现期均为30年。

根据抗震设计标准，发电机组塔架基础的抗震设防类别为丙类。

土建工程包括风场道路工程、风机基础及箱变基础工程及汇集线路基础工程等。

3.1风机基础设计

风机塔架属于高耸结构，风电机组具有承受360o方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性和变形要求高，基础所承受上部的水平荷载和倾覆力矩较大，依据场地岩土工程地质条件，本风场场址整体地质条件良好，地基整体稳定，地基持力层主要为砾砂和砂岩，地基承载力特征值fak≥280kPa，天然地基可以满足风机基础设计的要求。

根据基础设计的一般原则，在满足上部结构荷载要求的前提下，宜优先采用型式简单、施工难度不大、造价较低的浅基础。结合该地区的地质条件及风电场建设经验，本阶段推荐安全可靠度更高、技术成熟的扩展基础作为风机基础设计方案。我们将根据地质详勘报告、中标机型基础载荷资料，对风机基础进行优化，已达到安全、可靠、经济合理。

根据2000kW风机机组基础环顶部作用的上部荷载资料、风机机组参数、地勘资料，经试算拟定扩展基础具体尺寸为：底部直径18.4m，高0.9m的圆柱；中部为底面直径18.4m，顶面直径6.8m，高1.5m的圆台；上部为直径6.4m，高0.8m的台柱。拟定的基础断面见下表3.1，单台基础工程量见表3.2。

表3.1：基础断面表

表3.2：风机基础单台工程量表

由于本工程风场区域内地基土对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构均具微腐蚀性。因此对基础表面可不采取防护措施。

本工程风电机组基础共50台，每台风机均布置基础沉降观测点，观测点布置在风电机组基础上。

风电机组体型尺寸和重量较大，大件设备均按指定地点一次卸到落地货位，尽量减少二次转运。根据风电机组的尺寸和现场吊装的需要，每台风机位置均设置吊装场地。本风场拟采用2.0MW风机，单台风机吊装场地面积50m×50m。

3.2箱变基础设计

根椐风电场电气设计，风电机组与箱式变电站组合方式为一机一变方案，根据地质条件和箱式变容量，确定箱式变电站基础为混凝土基础。箱式变电站基础主要工程量见表3.3。

表3.3箱式变电站基础单台工程量表

3.3道路设计

（1）设计依据

道路设计按现行的规程规范要求进行设计，本工程道路为风电场施工及运行期检修道路，属等外道路。

（2）路线平面设计

1）公路等级：场内道路参照四级公路（但个别技术指标有所调整）；

2）设计行车速度：20km/h；

3）路面宽度：

道路宽度通常由吊装设备确定，一般来说履带吊由于轮距较宽，道

路宽度需10.0m左右，履带吊性能较好，吊装工期略短，但道路成本较高；而汽车吊轮距较小，施工道路宽度可以变窄，但租赁费用较高，道

路成本较低，结合本地区地形条件分析，道路宽度如设计为10.0m，工程量较大，临时征地面积也随之加大，结合相关风场工程设计经验，确定

进场道路路面宽度为4.5m，场内道路施工期路面宽度6m，检修期改建为4m宽检修道路。

进场道路总长15km，全部在已有道路上进行改建，场内道路总长49.5km，其中已有道路改建19.5km，新建道路30km。

（3）纵断面设计

纵断面设计中尽量考虑纵坡的均衡性以及平面和纵面线形的协调与

配合，以获得圆滑舒顺的立体线形，同时结合本工程沿线各风机平台标高、地形及已建成道路高程为控制点。场内道路纵断面最大纵坡应小于12%。

（4）路基路面设计

进场道路宽度为4.5m，全部为已有道路进行改建。路基宽度为

4.5m，材料为150mm厚的砂砾石。路面为宽4.5m，厚200mm的泥结碎砾

石。施工期场内道路路基宽度为6m，材料为150mm厚的砂砾石。路面宽6.0m；待风机运输安装完成后改建为宽4m，厚150mm的级配碎石路面使用。

（5）排水及防护工程设计

场内道路在风机安装施工期为天然级配砂砾石路面，路面设2%的排水横坡。

本风场内道路有四处需跨越场内冲水沟。考虑到工程建设的实际情况和环境的特殊性，待风场施工完毕后，根据实际情况在冲水沟处设置圆管涵来确保后期检修道路运营安全。

表3.4道路工程工程量表

3.4升压站工程

本期工程装机容量100MW。装设50台风力发电机组，每台机组配一台箱式变。风电场内一期已建设一座220kV升压变电站及相应生活设施等，布置于本期风场北侧。

全站总体规划：220kV屋外配电装置向南出线，本期35kV电缆由站区北侧进入35kV配电室，主入口朝东，进站道路由站区北侧的锡巴公路引接，一期已建成。

3.4.1主要设计原则

（1）电气主接线确定原则

1）升压站在电力系统中的地位、升压站的规划容量、负荷性质、线路和变压器连接元件总数、设备特点等条件；

2）综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。

（2）电气设备选择原则

升压站主要电气设备的选择应满足GB/T11022《高压开关设备和控制设备的的共用技术要求》相关规定，选择原则为：