风电项目全生命周期气象灾害风险管理

胡 威，张天姣，陈晓军

(1. 新疆金风科技股份有限公司，北京 1001762；2. 中能电力科技开发有限公司，北京 100034)

我国位于中纬度欧亚大陆腹地，气候和地理的布局复杂且多变，风能资源分布广泛，可利用资源丰富。尽管风电技术持续进步和工程实践能力提升，但近年仍屡见极端气象灾害对风电场的安全运行造成损害的案例，学术界和行业均在探索风电项目气象灾害风险的防范和管理。

柳艳香等利用2000年-2011年近12年来中国气象局的逐日观测资料，对雷暴、极端低温、积冰、沙尘暴、台风以及空气密度的变化特征进行了分析，以期对风电场的安全运行提供参考保障[1]。曾琦、杜树成等总结对风电场能够造成影响的气象灾害类型的同时，分析了这些气象灾害对风电场各划分单元的影响，其中包括风电机组、集电线路、升压站、建筑、道路等设施设备。并对风电场的经营活动造成危害的程度和类型进行了分析[2-3]。武楠认为因技术研发、工程管理经验积累不足等原因，在规划阶段、可行性研究阶段、施工阶段、运行阶段出现了一些风险问题；这些风险包含自然灾害风险、设备技术风险、经营运行和安装建设风险、政策变化风险、工作人员风险[4]。

风电场全生命周期可分成规划期、建设期、运营期三个阶段：规划期涉及到项目的选址、设计、选型，最终交付的是可行性研究报告、初步设计图纸；建设期是根据规划成果展开设备和建设的招标、项目的施工、验收调试，最终交付的是整个风电场资产；运营期主要风电场的并网发电、日常消缺、设备定检巡检等，最终实现的是风电场资产回报。上述的过程即为风电项目的全生命周期，而风电项目因气象灾害致损，有些是选址不当致使效益降低，有些是设备选型不当造成风电机组受损，不同阶段存在差异性。

本文结合相关文献研究、风电项目工程实践总结，认为气象灾害风险在不同阶段存在着不同影响，在不同的阶段采用的风险规避方式也是不一样的。因此，气象灾害风险管理，应依据风电项目全生命周期各个阶段的工作特性，有针对性的探索风险管理方法，整体构成风电场全生命周期气象灾害风险管理体系。

1 风电场规划期气象灾害风险管理

1.1 选址规划阶段

本阶段主要目的在于选择适当的区域用于风能资源的开发利用，主要方式是收集当地气象站长期观测数据，根据这些历史数据判定该区域的风力等级，判断是否具备有风电项目开发的潜力。

确定某个区域作为候选开发区域之后，将收集气象站观测的气象灾害相关的数据，包括台风、强阵风、强降水、极限温度、霜冻、强对流、雷电等，进行风险识别，即对气象灾害的频次、强度进行统计，建立风险矩阵进行比照分析，一方面规避存在高风险的区域进行开发，另一方面将该地区可能遭受的气象灾害风险记录下来，作为接下来各个阶段展开工作的基础。

1.2 风能资源测量阶段

根据预选的风电场开发区域，按照规范要求设立气象观测用的测风塔，开展风能资源测量工作，它是整个风电项目开发中的核心环节。现场观测数据给风电场设计和建设提供基础性的支持，它能够为判定一个地区风能状况、风电机组选型、布机方案和年发电量计算提供依据。另一方面，在某些复杂气候和地形条件区域，存在着局地高影响气象灾害风险，通过测风更能够客观反映实际开发区域的气象灾害强度和频次，也能够结合气象站的长期数据进行气象灾害评估。

因此，获取现场实际气象灾害风险的途径——测风塔的安装建设尤为关键，要注意两点：

1)代表性。即测风塔选址要能够最大限度的代表测风塔周边场区的气象特征和风能分布特性；测风数据必须能够为将来风电场建设提供有代表性的数据，测量的气象要素要齐全、测量设备高度和层次要充分。

2)安全性。参考在选址阶段收集的气象灾害数据，针对性的对测风塔进行设计，避免观测期间出现气象灾害导致的设备和数据的损失。

例如，南方山区在冬季容易产生凝冻灾害，使得测风塔容易产生裹冰，那么在建设测风塔时就要增加测风塔的强度或者采用自立塔而不是斜拉线塔；针对雷暴天气多，测风塔接地电阻小于4 Ω的前提下，需要考虑避雷针的单独设计(如鱼叉型避雷针、用铜线直接接地)、增加额外的降阻措施(如加降阻剂、石墨棒、铜棒等)；场区潮湿、雾气严重，记录仪需要增加干燥剂且用密封箱和电缆密封件，接线部位要做好防锈蚀处理，数据线要考虑使用铠装型电缆。

1.3 可行性研究与初步设计阶段

经过风能资源测量得到的数据经过整理和分析，开展进一步的项目开发可行性研究和初步设计，在这一阶段主要包含下列工作：①评估风能资源的等级和工程地质状况；②确定项目任务和规模；③选择合适风力发电设备及其排布设计；④电气、土建施工进行设计；⑤施工组织和工程管理设计；⑥环境保护与水土保持设计；⑦劳动安全和工业卫生设计；⑧节能降耗；⑨工程设计概算；⑩财务评价以及社会效果分析。

具体而言，需根据风电项目所在区域的客观因素，如风能资源禀赋、地形地质情况等比选，确定风力发电设备机组的型号、叶轮直径、塔筒高度及材料、基础的类型等参数，并在此基础上展开风机排布设计、塔筒设计、风机基础设计、集电线路设计、升压站设计及其它附属工程的设计。这些设计是否合理与合规，都会对工程的经济性产生影响，对项目安全稳定运行也会产生影响。

本阶段承前启后，按照国家相关规范要求编制可研和初设的同时，也应系统、量化的展开气象灾害风险评估。通过概率统计和数值模拟的方法，统计灾害类型、发生频次、局地强度。譬如，存在极限温度现象的风电项目，在选型时宜选择适应于不同气温条件下的低温型风机和高温型机组，也应选择适用于不同气温条件下的塔筒板材；在低风速风电项目往往会通过选择更大叶轮直径和更高塔筒高度来提升发电量，无疑会遭受气象灾害风险较大的概率，那么在选型时应注意机组定制化设计，如控制策略、应急设备等。在台风高发地区，选择满足安全性要求的风力发电机组、充分利用台风带来的风能资源的同时，在电气和施工设计中要注意防强风、浪涌、以及次生地质灾害。

2 风电场建设期气象灾害风险管理

2.1 项目招标采购阶段

1)设备招标。我国的风电产业发展迅速，国内风电相关的装备制造业较为成熟发达，行业一般采用竞争性招标方式采购相关设备。其中风电机组及其附属设备占整个项目静态投资的40%-60%左右，是设备招标最重要的环节。招标的主要目的是达到控制造价，减轻风险的目的，项目招标方需要对招采设备的设计性能要求进行综合全面的分析，如，强雷暴区域对设备防雷接地等技术要求、凝冻区域对于机组除冰的要求等。在编制标书和制定评标规则时要全而地综合考虑各种相关因素，并且设置延长质保、履约担保、风险对赌协议等风险转移条款，规避设备可能遭受气象灾害带来的经济风险。

2)施工招标。在招标前，项目开发商应仔细分析风电场气象特征和地质条件，根据气象灾害强弱、施工难度、工期要求等不同，在招标文件中对施工单位资质、财务状况、历史业绩等方面设置不同条件，特别是对现场气象和地质条件复杂的项目，设置较高的门槛，确保施工阶段的安全保障。

在项目招标过程中，可以采购一套气象预警预报系统，由于它与风电机组运行相关，同时风电机组本身自带有气象观测设备，因此其采购可与风电机组招标结合起来，也有利于发挥集约效果。

2.2 风电场建设阶段

风电场的建设要充分考虑风电项目的特殊性，如叶片等超长设备发电机等超重和超宽的远距离运输、重型设备的超高吊装及精细化安装、电气设备野外安装施工，也包含土方工程和混凝土浇筑等。这些建设施工对天气的要求也非常高的，一些气象灾害对它们的影响也是非常显著的。

针对风电场建设阶段的气象灾害风险管理，应做到以下4点：①订购气象保障服务，接收天气预报与气象灾害预警，根据这些气象信息规划工期，特别是在风电机组吊装、出海作业时，要提前抓住有利的天气窗口尽快施工；②建立气象灾害相关的应急预案，预防风险或减轻风险，如遭遇强降水后预防山体滑坡、极端低温或高温环境下的劳动安全等；③通过监理单位监督相关风险防控措施和工程管理措施，定期检查和督导落实执行情况；④购买相应的保险，减轻气象灾害风险，包括设备运输险，项目建设险，人员安全险等。

3 风电场运营期气象灾害风险管理

风电项目运营期一般长达20～25年，比规划期和建设期持续时间更长，因注意长效保障机制的建立。从气象灾害风险管理的实践总结来看，它是人员、设备、环境多系统的相互协调的过程，既要针对气象灾害特点采取针对性预防措施将风险控制在局部，防止重大或连锁反应发生；又要能在气象灾害风险发生后及时通过预报和预警，提前有效的组织抵御风险，控制局面且减轻影响。因此，要从组织体系、制度建设、装备保障等方面着手。

1)组织体系。建立气象灾害风险应急联席处理机构和应急救援团队，制定安全防范措施及对风电场运行人员进行教育培训和应急演练，提高运营人员的风险应对能力，降低因误操作和不当行为带来的人员安全风险、经济损失。当气象灾害发生时能够快速动员、敏捷反应，行之有效的保障风电项目的安全运行。

2)制度建设。风电项目一般都建立有劳动健康安全管理、风机机组定检巡检管理、升压站和开关站运行维护，以及场区人员职业环境健康安全、交通运输、检修期吊装和高空作业、交叉作业等危险点的运营管理制度，气象灾害相关的制度建设可依托于此，充分体现在它们之中。也应当针对项目所在地区特有的、重大的气象灾害风险单独制定管理制度与应急预案，如雷电、台风、强降水、凝冻等气象灾害。

3)装备保障。结合风电项目和气象灾害的特点，在气象预警预报系统的基础上，配备专业应急和救援装备。如风电机组遭遇台风时需要有持续的供电保障机组通过控制策略调整应对，然而，常常因为强风伴随强降水会对电力设施特别是输电线路造成损毁而中断供电，此时，风电机组也包括运行人员异常危险。这就要求风电场提前装配备用电源，通过诸如柴油发电机反送电给机组使之正常工作。

4 结 语

风电项目是一项需长期营运的基础设施投资，利用风能资源，又要防范气象灾害，需从初始阶段以风险管理的思路，因地制宜地制定全生命周期风险管理措施。即规划期回避极端气象灾害风险，根据气象灾害风险评估结果选择合适风电开发项目；在招标过程严格按照安全标准选择供应方，按采购合同中约定的方式转移风险；建设过程中注意防控施工阶段的气象灾害风险；项目运营期间有组织、成体系地预防长期风险。