西藏风力发电发展前景浅析

何 一， 崔怀树， 孙 庆

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

西藏地处我国西南边陲，幅员面积达120多万km2，约占全国国土面积的1/8，国境线长达4 000多km，是我国西南边疆的重要门户和屏障，战略位置十分重要。

青藏高原是世界上最大的高原，东西长约3 000 km，南北宽1 000多km，平均海拔高度4 000 m以上，约占对流层的三分之一。巨大的高度使得常年受高空西风环流影响，流经此处的气流产生强制性的绕流和爬坡。冬季，由于西风气流较强，气流的爬坡和绕流均较为强势；夏季，由于西风气流偏弱，气流的绕流比较明显。

1 西藏风能资源概况

1.1 西藏风能资源储量

西藏是我国风能资源较丰富的地区之一。由于海拔较高，主要受高空西风环流控制，表现为以高空西南风为主风向。受高大山系的地形影响，近地面的高风速区主要集中在山脊、高原台地、山谷等区域。在昆仑山-唐古拉山、冈底斯山-念青唐古拉山、喜马拉雅山、横断山等山脉区域风能资源尤其突出，年平均风速在7 m/s以上，年平均有效风能密度超过200 W/m2。受四周高山遮挡，中部雅鲁藏布江河谷地区处于湍流区或扩散区，风能资源较差。

全国第四次风能资源普查中，在西藏那曲设置了3座测风塔收集数据，普查出70 m高度风功率密度200 W/m2以上区域的技术可开发量为118万kW。

通过对西藏境内16座测风塔的数据进行分析，初步估算全区风能资源在7 m/s以上的区域约占全区面积的40%，主要分布于海拔4 800 m以上的高山区，风能资源理论蕴藏量为1.1×105亿kW·h，风力发电理论开发量约1.81亿kW，技术可开发量约2 855万kW。

1.2 风能资源分布

受气流来流方向影响，位于高原南北两侧的地形急速抬升地带能获得气流爬升带来的压缩效应，风能资源最好。高原中部的超高海拔区域风能资源较好，部分平行于主风向的顺直山谷也具有很好的风能资源，但大部分山脉的背风面、海拔较低区域处于紊流区，风能资源较差。高原东部的横断山脉区域位于南支绕流的主路线上，在垂直于主风向的山脉、山口等地也具有很好的风能资源。从地理分区看，藏北高原的资源蕴藏量最大，约占全区技术可开发量的60%；藏南一带约占全区技术可开发量的25%，藏东约占全区技术可开发量的10%，藏中约占全区技术可开发量的5%。从行政区划看，那曲地区的技术可开发量最大，超过全区技术可开发量的一半。

受西藏整体海拔高度偏高的影响，已探明的西藏风能资源经济可开发场址(80 m高度风功率密度250 W/m2以上)全部位于海拔超过4 500 m的超高海拔区域，开发难度较大。西藏风能资源分布见图1，各地(市)资源量占比见图2。

本次计算采用的大部分测风塔风能资源均在200 W/m2以上，10个场址的测风塔风能资源超过250 W/m2以上。最好的测风塔风速超过9 m/s，风功率密度超过500 W/m2，风能资源很好。

图1 西藏风能资源分布

图2 西藏各地区(市)风能资源技术可开发量(左)、经济可开发量(右)占比

1.3 风能资源特点

通过对测风塔的数据进行分析，西藏的风能资源具有如下特点。

1.3.1 风向

番茄新品种黄化曲叶病毒病抗性基因Ty1、Ty3的分子标记……… 刘 燕，尚春明，高振江，王 伟，周 刚，郑于莉，姚慧静（33）

除藏北高原外，全区各风电场址主风向都很稳定。南部均以西南风、南风为主，藏北高原在西风气流旺盛时盛行西风，夏秋季节西风气流较弱时以西南风、南风为主。

1.3.2 风速年内分布

年内风能资源变幅较大，主要集中在冬春季节。11月至次年4月为大风季，风能约占全年的75%，风速可达7～11 m/s，风功率密度可达200～900 W/m2；大风季内变幅波动，最大月一般出现在2月或12月。5月至10月为小风季，风能约占全年的25%，风速一般为4～7 m/s，风功率密度一般为50～200 W/m2；小风季内呈深“V”形变化，最小月一般出现在8月。西藏东部地区年内变幅最大，西部地区年内变幅偏小(见图3)。

图3 典型测风塔风速、风功率年内分布

1.3.3 风速日内分布

日内风能资源变幅普遍较大，变化规律全年都较为一致，风能主要集中在12 ∶00～24 ∶00。风力最小一般出现在9 ∶00～11 ∶00，很多场址甚至会出现无风状态。此后风力快速增大，最大一般出现在17 ∶00～19 ∶00，大多数场址风速可达到10 m/s以上，在风机额定风速以上可维持2～5 h，随后缓慢减小。0 ∶00～12 ∶00风能约占全天的30%，12 ∶00～24 ∶00时风能约占全天的70%。从季节上看，冬春季节的日内变化幅度相对较小，夏秋季节日内变化幅度相对较大。随日照时长的变化，冬春季节日最大风速出现时刻稍早，一般出现在17 ∶00～18 ∶00，夏秋季节最大风速出现时刻后延，一般出现在18 ∶00～19 ∶00(见图4)。

图4 典型测风塔风速、风功率日内分布

1.3.4 风频分布

风能资源普遍呈现无风及切入风速以下时段少，可利用风速时段多的特点。可利用风速时段一般超过80%，大部分风能资源均可有效利用。由于高海拔空气密度低的缘故，切入风速、切出风速、额定风速一般比标准空气密度下偏高20%。部分测风塔超出额定风速时段较多，但超过切出风速的情况极少(见图5)。

图5 典型测风塔风频分布

1.3.5 风切变

平原地形场址的风切变较大，一般在0.08～0.1。山脊地形场址的风切变较小，一般高度50 m以下的风切变在0.06以内，50 m以上风切变很小，甚至很多场址出现负切变的情况。

2 西藏风电开发存在的问题

2.1 运行现状

目前市场上通用的高海拔风电机型，一般指适用于海拔高度在2 000～3 500 m(部分厂家至4 000 m)的风电机型。适用于4 000 m以上的机组被归类为超高海拔风电机组。至今超高海拔机型在工程实际中运行极少。少数高海拔项目中个别机位突破临界值时，通常采用在高海拔机型上局部修正的方式以适应要求。成批量采用超高海拔机型的项目仅有国电龙源的那曲高海拔试验风电场。

龙源那曲高海拔试验风电场为纳入“十二五”第二批拟核准计划的风电项目，总规模49.5 MW。项目位于那曲镇西侧，平均海拔4 600 m，风速5.7 m/s，风功率密度250 W/m2，设计年发电利用小时1 422 h。2013年底第一批5台机组建成投产，采用联合动力的1 500 kW超高海拔机型，装机规模7.5 MW，后续机组一直未实施。项目发电以来，2014年发电利用小时数1 333 h，2015年发电利用小时数1 760 h，2016年发电利用小时数1 908 h，发电效果超预期，效果良好。

2.2 存在问题

2.2.1 风力发电机组

西藏的平均海拔高度超过4 000 m，观测的大多数风能资源较好的风电场海拔高度都在4 600 m以上，部分甚至超过5 000 m。现有的高海拔型风机均不适应，必须开发适合的超高海拔型风电机组。通过与国内多家主要风电机组厂商进行技术交流，超高海拔的风电机组存在的主要问题如下：

(1)电气绝缘。超高海拔地区空气相对密度减小，电子的自由行程增加，空气的电气强度下降，对于外绝缘而言其起始放电电压降低，绝缘需要重新考虑。

(2)散热。超高海拔地区空气异常稀薄，空气流动密度低，常用的气冷模式效果不如低海拔地区，需要重新设计散热系统。

(3)设备降容。超高海拔环境使得常用的电气设备不能按常规设计的满负荷工作，需重新设计或降容使用。

(4)市场容量小。从全球而言，超高海拔区域面积不大，在超高海拔区域及附近生活的人口少，用电需求小，导致市场容量较小，风电机组厂家缺少开发该机型的动力。

2.2.2 电 网

西藏目前仅通过两条长距离超高压线路与内地电网保持弱连接，基本处于独立运行状态。电网规模小，调节性能好的骨干电源点缺乏，电网稳定性较差。近年来，西藏电网内光伏电站投产较多，加重了电网稳定调节的负担。对于同为不稳定电源的风电来说，投入过多、过快，势必加大电网的不稳定因素。西藏电网规模小，输电线路少，大部分风电场都处于人烟稀少的空旷地带，因此就近接入电网也存在一定困难。

3 西藏风能资源开发价值

3.1 西藏电力供应形势

西藏电网目前的电源结构为水电为主，太阳能发电和区外输电为辅(主要提供电量补充)，另建设有部分燃油机组作为应急备用。从装机规模来看，水电占64%，火电(燃机)占17%，光伏占16%，地热风电等其他电源占3%。从发电量来看，水电占70%，区外输电占17%，光伏占9%，地热风电等其他电源占5%，火电(燃机)基本未发电。

西藏是我国化石能源极度缺乏的区域，煤、油、气等常规化石能源主要依靠区外运入，代价昂贵。为满足当地人民群众的消费需求，在国家给予大量补贴后，市面燃油价格仍高出内地30%。如靠调入化石燃料来发电，价格将高到难以承受。出于环保的考虑，在西藏也不可发展大规模火电，故西藏目前仅有少量的燃机电厂作为调峰应急电源。

目前西藏与内地有两条超高压线路连接，分别是800 kV的青藏直流和500 kV的川藏联网工程(昌都至四川段部分建成)，分别与青海、四川电网连接。两条输电线路均受到距离远、造价高的影响，电能损失大，运行效率低，输电价格昂贵，难以再通过新建输电线路来满足西藏的用电需求。

西藏主要的电能供应只有靠当地的可再生能源发电，包括水电、风力发电、太阳能发电。

西藏水能资源丰富，可开发资源量巨大，是西藏电力供应的主力。但丰枯期水量差异悬殊，导致目前西藏出现丰水期弃水、枯水期缺电的情况。西藏水电建设成本很高，尤其是大型水库电站的建设，建设周期长，存在问题也很多，想通过建设大型水库电站来调剂余缺，在短期内难以实现。

西藏太阳能资源极其丰富，是全国乃至世界太阳能资源最丰富的地区之一。西藏已开发光伏项目超过40万kW，但太阳能项目发电具有时间集中(主要集中在正午的4～5个小时)的特点，难以适应负荷的需求，目前大多数太阳能项目都处于中午大量弃光，晚上系统缺电时无电可发的窘境。

西藏的风能资源丰富，通过前述的特点可发现，枯期多、丰期少的特点，使得风电与水电有着极好的互补性；而下半天多、上半天少的特点，也与负荷波动相一致，且与光伏发电形成良好的互补。风力发电建设周期短，是非常适合现状下西藏电网供电形势的电源。

3.2 风力发电的经济性

通过对西藏典型风电场的工程造价进行测算，一定规模(5万kW左右)的风电场，单位千瓦投资约为11 000元。经测算，风电场的风功率密度在250 W/m2左右时，利用小时数可达2 100 h。按西藏的相关政策测算，在采用2018年后国家Ⅳ类资源区标杆电价0.57元/kW·h计算时，资本金财务内部收益率可达到8%左右，基本满足财务可行。在风能资源更好的区域，将具备很好的开发价值。

4 结 语

西藏有着丰富的风能资源，在优化西藏电源结构、补充近期西藏电力缺口方面效益显著，对提高西藏人民生活用电水平、促进西藏经济发展、保护西藏自然环境有着重要的意义。西藏风能资源特点决定了风力发电是适合西藏电力发展需求的，但目前还存在诸多困难，如资源普查范围小、电网结构薄弱、适应超高海拔的风电机型少、后续补贴机制不明确等，只有在政府的相关扶持政策的支撑下，各类企业加大协作力度，才能更好地推动西藏的风力发电事业不断发展。