浅析西南山地风电项目优化设计

邱元庆

摘要：随着风电市场的逐渐饱和及上网电价的不断下降，国内对于风力发电项目建设已经逐步向精益化转变，即用最小资源投资，获得风电项目全生命周期效益最大化。而贯穿整个风电项目的全过程管理，其最根本目标是提高效率、降低造价，风电场优化设计则是重要手段，决定了全场效率的优劣以及造价的高低，本文结合笔者参建的西南山地风电场实际案例，通过对项目部分阶段优化设计前后进行对比，分析了其对风电项目造价及全场效率的影响，总结了关键点，为后期风电项目产生效益最大化提供科学的建设意见。

关键词：风电项目；西南山地；优化设计；造价；效率

国内对于风力资源的开发利用已经进入成熟阶段，风资源储量逐渐减少，风电加速平价上网，电力营销逐步推行市场化交易，环、水保限制进一步升级，都势必将造成风电项目经济指标急速下降。因此，我们对于全过程四个典型阶段的优化设计与实践，即前期可研阶段、施工准备阶段、新开工阶段、施工阶段，将成为平衡造价与效率的关键，其中的设备选型、系统工艺配置、基础设计及总平面布置等，将是我们重点关注与分析的对象。

一、设备选型优化案例

风电机组作为主要设备，需结合风能资源、地形地貌、交通运输和安装条件等情况，对主流机型从不同单机容量、不同轮毂高度、不同叶片长度等方面进行上网电量比较和技术经济比选，要全面分析同一风资源状况下不同风机厂家各种机型的风能捕获率，选择单位电能静态投资最低、技术经济性最佳的机型，并优先选用国产机组。

（一）优化过程

A风电项目位于贵州省北部山区，可研阶段采用银河GX113-2500机型，风机单机容量为2.5MW。优化设计选择单机容量为2MW或2.5MW两种机型共五家风机厂家进行比选，对多种机组布置方案进行优化。同时，主要考虑三个因素：一是所推荐机型方案的发电量指标优越；二是该方案投资经济指标合理，抗风险能力强；三是该方案度电成本低。

（二）优化结果

通过对上述五种机型的比较，海装H111-2000机型的发电量、机组投资、度电成本等各项综合指标上与其他方案相比具有较明显的优势。两阶段相比较可知，可研阶段本风场年上网电量为101308MW.h，年利用小时数2133小时，经过机型重新选择，本风场年上网电量为113214MW.h，年利用小时数2359小时，较原机型发电量增加了10.5%，风能资源得到充分利用，发电效益更高。此外，优化后机型含箱变后总投资为19680万元，比原机型节省1457.5万元。

二、风机基础型式优化案例

基础型式的优化，需经过技术经济论证比选，并在保证安全的情况下，合理确定设计裕度，优化钢筋和混凝土用量，尤其适合具有独特的地形地貌以及对工期要求高的特点的西南山地风电场。

（一）优化过程

B风电项目二期工程，位于贵州省西部山区，原风机基础设计施工方案为普通圆形钢筋混凝土扩展基础，优化后使用新型预应力锚杆筒式钢筋混凝土扩展基础。该基础增加了预应力锚杆笼部分，有效地缩小了基础底面积，造价低，且锚杆笼拼装工艺成熟、易于施工，并且抗倾覆、抗疲劳能力强，特别适用于西南山地风机基础。

（二）优化结果

工程量方面，优化后单个基础比原方案的单个基础节约钢筋约46吨、基础环19吨、混凝土方约280m3、基础开挖约780 m3、回填约460 m3；造价方面节省248.77万元；工期方面，在村民阻工及冬季极端天气的不利因素影响下，节点工期按时完成；此外，预应力松弛极低，从而降低后续安全风险以及维护成本。

三、场内道路优化案例

山地风电场道路普遍具有挖填工程量大、施工难度大等特点，因此，优化道路优化设计，应综合考虑地形、地貌、已有设施的位置等影响因素，平衡好现场交通运输、场地施工、土地征用、整体布局等因素，以资源的最大化利用作为中心原则，一般尽可能利用原有道路，减少路径长度，并控制道路等级和标准。

（一）优化过程

B风电项目二期工程原场内道路设计施工方案为新修四条场内线路，总长14.124km，土方开挖51034m3，石方开挖261491m3，回填133460m3。

针对B风电场场内实际地形地貌，主要对以下路段进行优化改线：1.石方比例大需爆破的路段；2.风机机位远离主要施工区域，且现有道路不满足运输要求；3.工程量大且道路弯道较多，安全性低的路段；4.无相应风机位又需在与进场路交叉口处进行大工程量改造的路段。

（二） 优化结果

最终的优化方案由原设计施工方案降低至三条场内道路，总长11.267km，縮短约3km，土方开挖118973.26m3，石方开挖29524m3，回填127509.309m3，其中，减少石方开挖量237967 m3，因石方开挖造价远高于土方开挖，因此大幅度降低了工程造价，同时利用路基土石方开挖料，用作路基填筑及路面磨耗层填筑、路基支挡结构砌筑等，比原有方案节省1605.95万元。此外，新设计方案大大减少了植被破坏的面积以及施工难度，同时保证了节点工期及施工质量。

四、集电线路优化案例

风电场场内集电线路一般应采用35kV架空线路，但由于西南山地风电场一般处于高雷暴地区，且植被茂盛，多属于林地，鉴于安全及环境因素，因此常采用埋地电缆型式，但造价偏高。

（一）优化过程

A风电项目集电线路工程，可研阶段风电场采用19台风机，选择直埋电缆敷设方式，按6-7台分为三组接入升压站35kV母线，集电线路的总长度约25.62km。优化阶段风电场采用24台风机，仍采用直埋电缆敷设方式，按8台分为三组接入升压站35kV母线，集电线路的总长度约28.26km。优化阶段比可研阶段增加了5台风机机位，同时风机布置范围增大，导致集电线路的总长度增加2.64km。为节省投资，优化阶段35kV集电线路电缆由可研阶段铜芯电缆改为安全、质量、性能类似的铝芯电缆。

（二）优化结果

本次优化后，35kV集电线路由原可研阶段的铜芯电缆改为铝芯电缆，其集电线路投资比原可研阶段减少了294.53万元，优化后的工程总投资、单位千瓦动态投资相应的降低。

五、结论与建议

（一）风机选型优化设计，直接影响施工准备阶段以及后续施工阶段的各项安排，为设备采购、设备运输进场、施工道路的标准以及施工节点工期提供了有效、准确的依据，同时对年发电量、风能利用率、工程造价和总投资等经济技术指标方面的显著提升都起到了至关重要的作用；

（二）风机基础型式、场内道路及集电线路优化设计，对施工难度、施工工期、施工工艺质量、征地移民、工程造价、后期维护及环境与水土保持等方面均具有积极影响，大幅提高了山地风电项目的经济性、可行性及安全性，也为后续工程提供了新设计方案参考；

（三）优化设计的关键在于可研、设计、施工准备及施工阶段中的关键环节的把控以及坚持过程控制。针对西南山地风电项目，尤其应该重点关注风机选型、集电线路、风机基础型式、场内道路等方面，并将其对应的每一阶段进行优化设计、方案比选等相关工作，持续不断地对项目造价、工期等进行把控，使优化设计融入到常态化的工程管理体系中，以面对更加严峻的风电市场，建设 “工期短、质量优、造价低、效益好”的精品工程；

参考文献：

[1]易雯岚.风电机组选型及风电场优化设计研究[D].华北电力大学（北京），2010

[2]李若毅 李硕.浅析风电机组选型及风电场优化设计[J].青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司，2017，29： 52

[3]DB33/1001-2003，建筑地基基础设计规范[S]