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风电工程设计及其综合效益

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：耿麒麟

[导读] 摘要：风能作为一种清洁永续能源，在发电领域有着广阔的应用。

        （云南能投新能源投资开发有限公司云南昆明 650000）
        摘要：风能作为一种清洁永续能源，在发电领域有着广阔的应用。与传统的火电相比，风电对生态环境几乎不产生破坏，不产生任何废气的排放。风力发电机的容量范围很宽，从小功率到并网运行的等级都有。在较小的范围内，风力发电可给电网无法覆盖的偏远地区提供电力。除此以外，风电工程建设周期短，也有着一定的经济效益。而随着我国风电场数量的逐年增加，风电场建设的选址、开发策略、综合效益等也开始受到了电力企业的关注，本文就对此进行具体的研究。
        关键词：风电工程设计；综合效益
        1 风电工程设计
        1.1 风电工程的选址原则
        第一，要选择风能资源丰富的地区。风电工程选择的地址需要具有较高的风速，一般情况下每秒的风速一般不得小于5米，每立方米的风功率密度必须要高于150W。所选地区的风向需要尽可能地保持稳定，提升机组布置位置的效率。一天的不同时段的风速变化和一年不同季节的风速变化要尽可能地保持稳定，降低风电对电网产生的不利影响。
        第二，风电场的建设位置的选择一定要充分考虑国家的长期发展规划，符合国家制定的产业政策。
        第三，要能够充分满足并网的需要。风电场的选址距离电网不宜太远，降低电能输送过程中电路的磨损以及电力输送的成本。要考虑到电网的结构和容量，风电场的规模要符合当地的实际情况，切忌贪多求大，造成资源的浪费。
        第四，要方面施工和交通工具的通行。风电场的选址必须要具备良好的交通条件，施工设备、风电机组、施工需要的其他材料、设备都要通过交通工具运输进场，因此必须要保证材料运输的相关车辆能够正常通行。场内要有施工材料、设备存放的条件，进而保证工程能够顺利开展。
        第五，要有较高的投资回报率。
        第六，工程的建设不能以破坏环境为代价，要在保护好环境的基础上进行风电工程建设。
        1.2 并网风电机型的选择
        第一，要符合风电场当地的气候条件。《风力发电机组安全要求》根据风力发电机组所在地区的年平均风速、年最大风速、湍流强度等指标将风电机组划分成了4个安全等级，针对特殊的设计还特别划分出了一个S级。在选择并网风电机型的过程中，必须要考虑到风电场选址的安全等级，此外，还需要考虑到当地的气候条件，北方地区可以考虑选用低温型机组，南方地区则可以考虑选用标准型机组。而在沿海地区，由于气候比较湿润，在选择风电机型的时候还需要考虑到绝缘和防腐等方面的问题。
        第二，要满足风电场址的交通运输问题。
        第三，要能够满足风电机组的未来发展要求。在选择并网风电机型的过程中，要尽量选择使用了变浆变速技术的机型，单机需要有较大的容量，这样，在满足当地用电量需求的前提下，尽可能地减少风电机组的数量，缩小风电场的面积，进而有效地降低风电场的建设成本。
        第四，风电机型的价格也是工程设计人员必须要考虑的一个十分重要的因素。价格主要包括风电机组整体以及相关的配套设备的支出，价格过高，会直接抬高工程的造价，价格过低，要考虑设备的质量。
        第五，售后问题。要综合考量其他用户对厂家售后的评价，看厂家是否有专门负责售后服务的部门。

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        2 综合效益
        2.1 风电产业的环境效益分析
        传统的化石能源，如煤炭、天然气、石油等发电产生的污染物主要有SO2、NOx、CO2、烟尘等废气排放物及废水、灰渣等，这些污染物对环境造成了严重的污染。与此同时，以水力和核物质等能源为原料的电力开发也造成了气候异常、放射性废物处理等环境负担。与之相比，风力发电实现了污染物的零排放，极大程度上减少了环境污染，因此风电环境效益十分显著。
        通过风力发电，2006年我国节煤量、CO2减排量、SO2减排量、NOx减排量和烟尘减排量总计达到559.18万吨，2007年总计达到1118.53万吨，为2006年减排量的2倍。今后各年，节能减排量每年都以2倍的速度增加。2011年，我国风电节能减排总量已达到11769.64万吨。可以预见，未来我国风电节能减排效益将以更大的幅度提升，从而更好地推进我国环境友好型社会的建设进程。
        2015年，我国风电节能减排总量将在1.7亿吨到2.3亿吨之间；到2020年，将在3.2亿吨到4.1亿吨之间。其中，CO2减排量占绝大部分，这将有效地缓解温室效应和气候变暖等问题，更利于我国经济又好又快地发展。总之，数据均显示，我国风电节能减排效益正在逐步提高，并且风电的应用也将越来越广泛，因此风电必会成为节能减排不可忽视的一部分。
        相比定性分析，定量评估计算风电工程效益可以更直观地说明风电的环境效益，对于风电产业决策及我国实现经济可持续发展等有重要意义。而与传统能源相比，风电的环境效益主要体现在污染物的排放上，以产出同等电量，节约燃煤火电的能耗及减少的污染物排放量值作为风电的环境效益指标。因此，使用数学模型计算污染物排放量定量分析风电效益，目前燃煤火电在我国能源结构中占据绝对的主导地位，由此需要将风电和火电的污染物排放进行比较。燃煤火电所消耗的能源主要是煤炭和水，所产生的污染物主要包括SO2、NOx、CO2、烟尘等大气排放物及废水、灰渣等，其大气综合排放量约占全国大气污染物总量的1/3。
        2.2 风电节能减排经济效益分析
        作为分布式能源的一种，风电具有分布式发电典型的优点：地理分布广，可以在负荷中心地区就近发电；高度模块化，容量能够随着逐渐增长的负荷递增；与传统电厂相比，建设周期明显缩短，降低了资金和管理的风险。这些特点都使风电投资具有显著的经济性。在节能减排、可持续发展等概念的刺激下，资本市场劲吹“风电风”。众多拥有风电概念的公司股价开始“迎风起舞”；国产风电技术水平与国际差距大、国产化率低，因而导致国内风电成本居高不下，风电价格高过火电价格数倍。目前我国风力机国产化率不高，依赖进口，风力机价格居高不下，提高风力机的国产化率水平可以极大降低风力机价格，推进风电工程建设。
        3 结束语
        综上所述，风电工程设计是一项十分复杂的工作，设计人员在设计的过程中不仅要考虑到宏观的问题，在细节的问题上也需要给予更多的关注。风力发电与火力发电、水力发电等其他发电方式相比，在环境、经济和发展潜力等方面有着巨大的优势。目前，风电已成为具有较强经济竞争力的可再生能源发电技术。因此对风电节能减排工程效益做好评估已变得至关重要。
        参考文献：
        [1]孙磊，宋志杰，王健.风力发电的环境效益分析[J]．广东电力，2018，25（4）：40－43.
        [2]张吉薇．风电项目设计质量管理研究［D］．华北电力大学，2018．
        [3]杨德清，乔兵，李威杰，王景涛，王强．风电工程可研阶段设计策划的几点总结［J］．风能，2017（03）：54-57．