风力发电机试验试验风场选择

西部重工风电主机设备研发和集成工程项目建议书

风力发电是当今世界除水力发电和火力发电之外可再生能源开发利用技术中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展的发电技术，由于其在减轻环境污染、调整能源结构等方面的突出作用，风力发电展现了很好的发展前景，是中国重要的后续能源之一。

甘肃的风能资源十分丰富。甘肃特定的地理和气象条件使风能资源得天独厚。风能资源主要集中在河西走廊和省内部分山口地区，无破坏性风速，适于风机的全年运行，具有连片开发建设大型风电场的优越条件。据测算，河西走廊的年有效风能储量在800千瓦时／平方米，如果将河西走廊地区每年一半时间的风量利用，年可发电约4000亿千瓦时，按目前国内最低风电价格上网，年产值可达1800亿元。可见对大型风力发电设备的研究具有重要意义。

一、项目名称：西部重工风电主机设备研发和集成工程项目 二、项目背景

贯彻落实科学发展观，按照国家有关规定和《甘肃省循环经济总统体规划》统一部署，切实转变增长方式，实施可持续发展战略，以结构调整为主，以提高资源利用率、节能降耗、改善环境、提高经济效益和竞争能力为目标，淘汰落后装备，按照循环经济理念，采用先进的节能减排、清洁生产和资源综合利用技术，生产高技术含量、高性能的新能源产品供社会使用，实现资源节约和环境友好，努力将西部重工建设成现代化绿色企业。

我国已探明，全国陆地风能理论储量为32.23亿KW，可利用风能为2.53亿KW：近海可利用风能7.5亿KW：合计可利用风能达10.03亿KW，居世界前列。甘肃酒泉市是我国风能资源最为丰富的地区之一，境内的瓜州县被称为“世界风库”，玉门市被称为“风口”,风能储备量为1.5亿KW，可开发量在4000万KW以上。基于酒泉市良好的风能资源条件，甘肃省提出在酒泉市建设千万千瓦级风电基地的战略构想，以实现“建设河西风电走廊”的战略目标。

根据《甘肃省循环经济总体规划》的有关要求，建设河西风电走廊，打造西部“陆上三峡”，坚持以风电促网架建设、以风电促调峰电源、以风电促装备制造的思路，目前，酒泉市新能源装备制造产业园是花开满园，已有19家国内风光电装备制造企业入驻酒泉新能源装备制造产业园，西部重工也做为其中的一员

入驻了酒泉新能源装备制造产业园，并进行了风电设备的塔筒、轮毂和底座等部件的生产。

西部重工是酒钢集团控股的国有公司，在保障酒钢集团生产发展的同时，积极开拓市场范围，现已形成了以冶金、建材成套设备、重型钢结构、新能源装备制造为核心的机械设备制造体系。西部重工在大力发展装备制造业的同时，积极致力于清洁能源的研究、开发及数字化制造工作，目前已成功开发出风电设备的塔筒、轮毂、底座等产品，完善了现有产业布局，为企业实现跨越式发展、抢占风电市场奠定了坚实的基础。

三、项目的必要性

随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。据专家预测，煤碳还可开采221年、石油39年、天然气60年，如何能够实现能源的持续发展？唯一的出路就是有计划地使用常规能源、节约能源、开发新能源和可再生能源，目前电能产生主要靠火力发电，但火力发电产生大量的污染物，为减少对大气的污染，实现能源的持续发展，世界各国都在积极发展风力和太阳能发电。风力和太阳能发电必将成为世界各国更加重视和重点开发的能源之一。

在新世纪中,传统能源将以新的姿态出现在能源市场上,新能源将层出不穷,我国要坚持走能源结构多样化、能源优质化的道路。21世纪上半叶我国经济发展要达到中等发达国家水平的目标,而现在则正处在工业化初期阶段,欲保持经济高速增长,必须有足够的能源投入。到2020年,我国人口按14—15亿计算,则需要26—28亿吨标准煤;到2050年,人口按15—16亿计算,则需要35—40亿吨标准煤。当前我国常规化石能源面临着如下三个突出问题。

一是能源资源储量中煤炭占92%、石油占2.9%、天然气占0. 2%、水电占4.7% ,这就注定了我国的能源生产和消费结构在相当长的时期内仍以煤炭为主,而这又导致了能源利用效率低下以及严重的煤烟型污染,给环境带来严重问题。

二是我国因能源资源分布不均,能源资源重心偏西偏北,而经济发达区域偏南偏东,从而形成了大规模、长距离的北煤南运、北油南运、西气东输、西电东送的能源供应格局。

三是我国化石能源资源储量有限。特别是原油产量并不能满足需求,对外依

存度超过50%。2008年我国消费原油3. 9亿吨,其中进口原油达到2亿吨,过分的依赖进口会加大我国能源供应的脆弱性,加大能源持续稳定供应的难度。据科学家估计,石油按目前的速度开采下去最多还有50年左右的时间就将枯竭,最多的煤碳,也不过100年左右。

根据上述存在的三大问题,以及新世纪上半叶所肩负的发展使命,我国在拟定新世纪能源发展战略时,应重视常规能源的接替问题,其希望就在于发展新能源。

四、项目的可行性

1、开发大型风电设备是当前节能减排、促进经济发展的重要举措 大力开发风电产品，提高设备的装备水平及技术含量，积极促进风电的开发利用，是我国优化能源结构、保障能源安全、减少环境污染、促进能源与经济及能源与环境协调发展的重要的选择，也是建设资源节约型、环境友好型、社会可持续发展的重要途径。因此，西部重工大力发展新能源项目符合国家产业政策，并对优化能源结构、保障能源安全有着重要意义。

根据我国《可再生能源发展“十一五”规划》中的有关内容，到2010年，我国风电总装机总容量达到1000万千瓦。近期，我国能源政策又作出了新的调整，要求加快风电项目、太阳能发电项目和热电联产项目等清洁高效能源的项目建设，计划到2020年我国风电总装机容量将达到1亿KW。风力发电是我国可再生能源中长期规划、重点鼓励的发展项目，并且兆瓦级以上风电机组属于超大、超重产品，长途运输成本较高，在风资源比较丰富且靠近风场的地区建设制造基地有利于降低运输成本，节约运输时间，同时也便利产品售后服务，提商品高竞争能力。

2、开发大型风电产品有利于推动当地经济的发展

甘肃省风能资源丰富，具有风电发展得天独厚的条件。根据《甘肃省循环经济总体规划》、《关于加快新能源装备制造业发展的指导意见》及《国务院办公厅关于进一步支持甘肃经济社会发展的若干意见》等文件的内容，对甘肃的风电发展提出了明确要求和具体规划。西部重工作为风电设备总装产业基地，现已形成了2MW，2.5 MW、3MW等风电机组总装实验能力，这对促进地区的经济繁荣，推动甘肃省风电规模化和产业化发展有着积极的作用。

3、开发大型风电产品有利于企业的可持续发展

风力发电设备的主要配套件有发电机、增速机、偏航系统、变桨系统、叶片、轮毂、机舱罩、塔架等部件，在这些部件中，酒钢集团西部重工已完全掌握了主机架、轮毂的设计及制造技术，并进行了大批量的设备生产。为了对与主机配套的设备进行开发和制造，西部重工已与中国东汽公司签订了战略合作协议，现已具备了配套设备的生产能力；对于与主机配套的叶片的研发和制造，西部重工已与国内知名公司进行合作开发和制造，具备了叶片批量生产的能力；对于风力发电设备的偏航系统、电控系统、发电机、 偏航驱动、变桨驱动等部件的研发和生产，西部重工计划与酒钢集团宏联自动化公司进行合作开发制造；对于与风电设备配套的变速箱，西部重工已计划新建5万吨变速器制造项目。西部重工通过以上措施的实施，就可以完全制造风力发电系统中的所有设备，满足风力发电的各种需要。

西部重工致力于大型风力发电设备的自主开发、设计、制造和销售，一方面可以扩大企业总体规模，完善风电产业布局，形成风电装备制造业集聚的规模效应。同时，也可抢占甘肃甚至全国的市场先机，大大增强企业的综合竞争实力，此外，通过技术引进和产品开发，形成了拥有系列化大型风电设备的制造技术，成为我国风电设计制造技术实力较强的企业之一。

西部重工通过对中国风电设备的研发和制造，现已在酒泉和瓜州建立了两个风力发电设备制造部门，并且经过几年的不断积累，现已完全掌握了风力发电设备的塔筒、轮毂、底座、主轴等部件的制造技术，具备了大规模的设备制造能力。目前，企业正与中国的几家大型风电厂家进行技术合作，着手进行风电设备的集成、总装和整体设计等工作，使企业完全具备风电设备总承包的能力。

风力发电是最具发展前景的新兴产业，风力发电设备市场前景非常广阔，甘肃省风能资源丰富，具有风电发展的得天独厚条件。因此，西部重工通过产业基地建设形成兆瓦级以上风电机组生产能力，对我国优化能源结构、保障能源安全、促进地方经济繁荣以及风电规模化、产业化、本地化发展有着积极促进作用。

五、建设风电主机项目和集成工程的紧迫生 1、酒泉新能源装备制造产业园发展总述

为贯彻省委区域发展战略，酒泉市委和市政府紧紧围绕把酒泉建设成为全

国首座千万千瓦级风电基地工作，主抓了风电场建设、配套电源建设、光伏发电、电网建设、装备制造业、资源综合利用六个产业的建设工作，目前已有19家国内风光电装备制造企业入驻酒泉新能源装备制造产业园，占全国整机组装、风叶制造业绩前几名的华锐风电科技（集团）股份有限公司、东方汽轮机有限公司、新疆金风科技股份有限公司、中材科技股份有限公司和中航惠腾风电设备有限公司，已全部落户酒泉。今年，酒泉市新能源装备制造销售收入可达50亿元，相当于今年全省装备制造前三强销售收入的总和，明年预计可达100亿元，相当于2009年全省除酒泉以外装备制造销售收入的总和，可见其发展速度是非常快的。

2、酒泉新能源装备制造产业园主要单位简介

1）华锐风电科技（集团）股份有限公司是一家自主开发、设计、制造和销售适应不同风资源和环境条件的大型陆地、海上和潮间带风电机组的专业化高新技术企业。华锐风电研究与开发涵盖空气动力学、数值分析、机械、液压、电气、自动控制、软件开发等专业的技术研发中心，开发了适合各种风况和环境条件的1.5MW、3MW和5MW系列风电机组。

华锐风电负责建设以风电技术装备为研究对象的国家级研发中心，建成全球技术水平最高、设备最先进，研发和试验能力最强的风电技术装备研发机构，开发具有领先水平的3MW、5MW系列风电机组，并进行更大功率风电机组技术的研发。建成全球试验和测试设备最先进、试验测试项目最齐全、测试能力最强的风电整机、叶片、齿轮箱、发电机、关键轴承、变频器、控制系统等试验平台群。

华锐风电科技（集团）股份有限公司在项目前期，为客户提供详细的风资源评估和微观选址审核，为客户提供完善的技术培训和技术支持；在项目建设阶段，对业主风场风电机组吊装、调试前准备工作进行技术指导，负责现场风电机组的调试试运行、预验收及定期维护。

2）东方汽轮机有限公司是东方汽轮机厂的承续公司（以下简称东汽），隶属于中国东方电气集团有限公司。东汽于1965年筹建，1966年开工建设，1974建成投产，是我国研究、设计、制造大型电站设备的高新技术国有企业，是全国机械工业100强企业和三大汽轮机制造基地之一。

2009年，东方汽轮机有限公司成功完成了1MW风机的试验，即将对2.5MW风电机组进行试验。

7、建筑物上面或附近地形的场址选择

虽然人们都希望把风力发电机安装在平坦开阔地方的塔架上，但在住宅附近、城市中心及其周围，必须了解建筑物对气流有什么影响，使输出功率发生什么变化。气流在建筑物的后面会形成小的紊流，而在建筑物的周围形成马蹄形的气流。在建筑物的上风侧设置风力机时，至少也要保持具有建筑物高度2倍的间距；在下风侧设置时，至少要离开建筑物高度10倍以上的间距。

三、风力发电场选址的条件 1、气象条件

根据该地区的各气象台（站）收集得到的历史气象资料，确定年平均风速、风向变化规律、年平均气温、极端最高风速、极端最高（低）气温、风沙、盐雾、雷电、冰雹、雨（雾）淞及台风等气象数据资料。一般风电场应尽可能选择在下列地区：

1）风能资源

风力发电场选址的首要条件必须风能资源丰富，年平均风速在5m/s以上，30m高处的有效风力时数在6000h以上，有效风能密度在240w/m2以上时才适合建设大型风电场。

2）风力发电场址盛行风向稳定风向稳定不仅可以增大风能利用率，还可以延长风机寿命。

3）风力发电场湍流程度要小风场湍流的形成一般是由于风道过于粗糙、或者因障碍物而产生的风速及风向的急刷变化而引起的。它不仅会影响风力发电机的出力，还会使风力发电机产生振动和受载不均，降低风力发电机使用寿命，严重时还会造成桨叶飞出的事故。

4）风力发电场址的自然灾害要少强风、冰雹、雷暴、地震等都会对风力发电机等造成影响。

5）风能日变化和年变化较小的地区。 2、并网条件

并网条件是指风电场场址要邻近主电网，便于并入主电网，使风电场投资中的线路投资较少，从而降低风电成本。

3、 经济条件

经济条件是指该地区的经济发展状况与对电力需求的程度等。风电场是大规模的风能利用，在市场经济情况下，风电成本和效益是影响其发展速度的重要因素之一。

4、地理条件

地理条件是指风电场的地理位置、海拔高度以及交通运输等基础设施条件等状况，它们将直接影响风力发电机组的运输、安装和调试等。

5、地形条件

地形条件是指风电场场址的地形、地貌以及地面障碍物等。风电场场址最好选在 “平坦地形”，即在4km~6km半径范围内，场址周围地形的高度差小于50m；并且地形高长比小于0.03（即3%坡度）。另外，还要考虑建筑物和防护林带等地面障碍物对其附近气流的扰动作用。

6、环境影响评估

环境影响评估包括两个方面：有利方面是风电场对减轻环境污染、改善当地能源结构以及保护生态环境等方面所产生的社会效益和环境效益；不利方面是影响附近地区的景观，对鸟类及其它动物生活的干扰，以及风力发电机组所产生的噪声污染和电磁干扰影响等。

7、社会自然条件

1）风力发电场址的地势要较平坦，地质条件要好，以便进行土建施工。 2）交通便利。利于大型吊车、平板车的施工、运输。

3）靠近现有的10KV和66KV变电所和线路，尽量少占耕地，减少生态破坏。

4）远离自然保护区、军事设施、人口密集地区等。 8、风资源与与环境影响

1）确定当地的主风向，风力机应安装在主风向的上风头.

2）同时要求在风力机的上风头尽量没有其他房屋或树木等障碍物的存在。 3）尽量避免风的紊流的影响，紊流是风在流经粗糙地表或障碍物而引起风速风向的急剧变化而造成的。紊流造成风力机输出功率减小并引风力机振动，造成噪音和影响使用寿命。为了避免紊湍流的影响，风力机应安装在相对开阔无遮挡地方，离开房屋一定距离。

4）风力机风轮高度范围内的风速垂直切变要小，风速的垂直切变是指在高度方向各个层面的风速不同，这是由于地形和地面粗糙度所引起的，垂直切变使风轮叶片受到分布不均匀的力的作用，容易造成风轮损坏。为了避免风速垂直切变对风轮的影响，应选择合适的风力机安装高度。在障碍物较多较近的地方，风力机必须安装在距房屋较近地点时，应考虑加高风力机的安装高度。

小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作，而性能稍差一些的风力发电机，如果安装场址选择得好，也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好，但在实际过程中很难选出这样的地点。

8、风电场工艺布置

在风电场微观选址后，要对风电场进行总体规划，绘制风电场工艺布置图。 四、风场地址的初选

建设风电场最基本的条件是要有能量丰富，风向稳定的风能资源。区域的初步甄选是根据现有的风能资源分布图及气象站的风资源情况结合地形从一个相对较大的区域中筛选较好的风能资源区域，到现场进行踏勘，结合地形地貌和树木等标志物在万分之一地形图上确定风电场的开发范围。

风电场场址初步选定后，应根据有关标准在场址中立塔测风。测风塔位置的选择要选具有代表整个风电场的风资源状况，具体做法：根据现场地形情况结合地形图，在地形图上初步选定可安装风机的位置，测风塔要立于安装风机较多的地方，如地形较复杂要分片布置立测风塔，测风塔不能立于风速分离区和粗糙度的过渡线区域，即测风塔附近应无高大建筑物、地形较陡、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，与成排障碍物距离应保持在障碍物最大高度的10倍以上；测风塔位置应选择在风场主风向的上风向位置。

测风塔数量依风场地形复杂程度而定：对于较为简单、平坦地形，可选一处安装测风设备；对于地形较为复杂的风场，要根据地形分片布置测风点。测风高度最好与风机的轮毂高度一样，应不低于风机轮毂高度的2/3，一般分三层以上测风。

五、风场区域风资源评估

区域风资源评估内容包括：对测风资料进行三性分析，包括代表性，一致性，完整性；测风时间应保证至少一周年，测风资料有效数据完整率应满足大于90％，资料缺失的时段应尽量小(小于一周)。

1、现场测风

在微观选址时，仅有气象资料提供的风速、风向数据是不够的，一般要在装机地点用测风塔进行1年的现场测风，测量风向、风速、温度、湍流度等。

2、风力机布局

在风电场中，风力发电机组的排布是风电场微观选址的核心。排布方式的好坏将直接影响风电场的容量系数，即影响实际发电量的多少。最佳的风力发电机组排列方式，取决于风速历程、风向历程、不同风向下的风速值、地形地貌、风力机尾流效应、风力机特性以及塔架高度等。

3、风电场场址评估

风电场场址评估决定于风电场场址的风资源、投资规模、贷款利息、风力机性能及电网负荷等因素。评估时要根据上述因素计算风电成本，并与当地常规电力成本比较，得出评估结论。如果风电成本与当地常规电力成本比较，考虑到社会效益和环境效益，风电成本略高于当地常规电力成本，则认为风电场场址的选择是合理的。

4、各种数据处理

根据风场测风数据处理形成的资料和长期站(气象站、海洋站)的测风资料，按照国家标准《风电场风资源评估方法》(GB/T 18710-2002)计算风电机组轮毂高度处代表年平均风速，平均风功率密度，风电场测站全年风速和风功率日变化曲线图，风电场测站全年风速和风功率年变化曲线图，风电场测站全年风向、风能玫瑰图，风电场测站各月风向、风能玫瑰图，风电场测站的风切变系数、湍流强度、粗糙度；通过与长期站的相关计算整理一套反映风电场长期平均水平的代表数据。

综合考虑风电场地形、地表粗糙度、障碍物等，并合理利用风电场各测站订正后的测风资料，利用专业风资源评估软件(WASP、WindFarmer等)，绘制风电场预装风电机组轮毂高度风能资源分布图，结合风电机组功率曲线计算各风机的发电量。

按照国家标准《风力发电机组 安全要求》(GB 1845.1-2001)计算风电场预装风电机组轮毂高度处湍流强度和50年一遇10min平均最大风速，提出风电场场址风况对风电机组安全等级的要求。

根据以上形成的各种参数，对风电场风能资源进行评估，以判断风电场是否具有开发价值。

风电场选址与传统的发电厂选址时不同，风电场内风力发电机组的发电量取决于风电场位置及风力发电机组的布置，风电场选址是一个系统而复杂的问题。通常，风电场选址包括宏观选址和微观选址。宏观选址是从一个较大的地区（从几十平方公里到几十万平方公里的范围），对气象条件（风能资源）、并网条件、经济条件、地理条件、地形条件、环境影响等方面进行综合考察后，选择一个风能资源丰富、而且最有利用价值的小区域（通常小于十平方公里）。微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确定如何布置风力机，使整个风电场具有较好的经济效益。一般，风电场选址需要两年时间，国内外的经验教训表明，由于风电场选址的失误造成发电量损失和增加维修费用将远远大于对场址进行详细调查的费用。因此，风电场选址对于风电场的建设是至关重要的。下面简要介绍选址的过程与基本原则。

六、风场的选址及其它因素

风场选址一般分预选和定点两个步骤。预选是从10*104KM2大面积上进行分析，筛出1*104KM2较合适的中尺度区域，再进行考察选出100KM2的小尺度区域，该区域满足在经验上看是可以利用的，具有一定的可用面稷。然后收集气象资料，并设几个点观测风速。定点是在风速资料观测的基础上进行风能潜力的估计，作出可行性的评价，最后确定风力发电机的最佳位置。

选址的技术标准应从风能资源丰富、容量系数较大、风向稳定、风速年变化较小、气象灾害较少和湍流强度较少等地区进行，从而才能达到理想效果。知道了以上这些，便可根据风力发电场选址的技术原则精略地定点，然后分析地形特点，充分利用有处于加大风速的地形，再来确定风力发电机的安装位置。首先确定盛行风方，地形分类可以分为平坦地形和复杂地形。在平坦地形中，主要是地面粗糙的影响；复杂地形除了地面粗糙度外，还要考虑地形特征。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/be0d.html