1.3 山地风电场开发现状

1.3.1 概述

根据地形及海拔等因素可将风电场分为平原风电场和山地风电场。

平原风电场一般是指在风电场及周围5km半径范围内地形高度差不超过50m、最大坡度小于3°的区域，我国“三北”地区风电场属于典型平原风电场，在我国风电中所占比例相当大。

我国南方地区的风电场基本以复杂地形的山地风电场为主，复杂地形是指平坦地形以外的地形，大致可分为隆升地形和低凹地形两类，包括山脉、丘陵、谷地等。复杂山地地形高差起伏较大，地表有曲折、转弯和折角等特征。本书所指的山地风电场既包含常规的高原山地风电场，也包含其中的特例——峡谷风电场。

1.3.2 山地风电场特点

1.3.2.1 气候地理特点

高山气候一般指在大型高原和高大山地具有的一种特殊的局部气候类型。在高大山地，气温随高度增高而降低，气候垂直变化显著，在一定高度内，湿度大、多云雾、降水多；愈向山地上部，风力愈强。在中纬度地区的高原地区，如中国青藏高原，海拔高、气温低，但辐射强、日照丰富、降水少，冬季风力强劲。气温的年温差较小，日温差较大。高山高原气候表现为气温低、气压低。自海平面起，每升高1km，温度则下降大约6℃。气压则成反比，高度越高，气压越低。在标准状况下，每升高100m，气压降低1kPa。而人在低气压下易出现呼吸急促、食欲不振等症状，也就是高山病的表征。多露、多风是其又一明显特征。高山上的气候在一日内变化多端，无论是在夏季或冬季，整座山经常陷入雾茫茫的世界里，四周能见度突然降低。高山多风是因为高山上地形起伏相差悬殊，地面接受太阳辐射热及热力分配不平均，所以经常产生空气流动的现象。

我国海拔1000m以上的土地面积约占全国陆地总面积的60%，海拔2000m以上的面积约占33%，海拔3000m以上的面积约占16%，这些地区有着丰富的风能资源。高海拔地区的环境条件对风电机组设备的正常工作有着显著影响。研究风电机组高原的适应性具有极其重要的意义。

与平原相比，高原的气候特点主要表现在：空气稀薄、低气压和低氧，气候寒冷、干燥、多风，光照强度大等，随着海拔的增加，大气压力下降，空气密度和湿度相应地减少，其特征主要表现如下：

（1）空气压力或空气密度较低。

（2）空气温度较低，温度变化较大。

（3）空气绝对湿度较小。

（4）太阳辐射照度较高。

（5）降水量较少。

（6）年大风日多。

（7）土壤温度较低，且冻结期长。

（8）高原地区出现雷暴天气的频率相对较高。

高原环境参数见表1-4。

1.3.2.2 风能资源分布特点

山地风电场地形条件复杂，可供布置的区域相对较少，多数位于山脊、峡谷地区。风能资源受地形的影响变化较大，山区气象站测风资料一般难以反映场地的资源情况。因山地气象站基本设立于山区的平坦地带，如平坝或者山谷，气象站实测风速一般较小，风电场潜在开发区域基本无观测资料，因此需通过现场考察等手段了解资源情况，主要考察地物的变化情况，包括地表物质的堆积、植物永久变形现象，尤其是植物的永久变形情况，它是判别当地风速高低和主风向的重要标志。

对于山地风电场，由于其特殊的地理特性，使得其空气密度低于平原风电场，因此在相同风速的情况下，山地风电场风功率等级相对要低一些。如某高海拔山地风电场测风塔50m高度平均风速为8.81m/s，风功率密度为497.5W/m2。根据《风电场风能资源评估方法》（GB/T 18710-2002），判定其风功率等级为4级，属风能资源好的区域；但若依据风速来判断，则属于风能资源很好区域。

由于地形条件复杂，测风塔的代表性相对较差，代表区域较小，使用测风塔数据推算出的各机位处的风能资源特征参数和实际的误差较大。对于山地风电场，可能有多座测风塔，为更好地分析测风塔代表性，则需要研究相同测风塔不同高度、不同测风塔相同高度风速相关性，从而大致确定各测风塔大致代表区域范围。一般来讲，相同测风塔不同高度相关性较好，离地越高相关性越好。不同测风塔（或测风塔与长期测站）相同高度相关性因地形地貌而异，地形越类似、距离越近，相关性越好；反之，相关性越差。高原峡谷、山地区域同一位置不同高度风速相关性较好，可以利用测风塔各层数据进行相关插补形成整套数据，同时各测风塔对其附近一定区域内（1～3km）有较好的代表性。

对于山地风电场，当来风方向与山脊成一定夹角（大于30°）时，迎风坡风速低于山脊风速，而由于气流脱流现象，导致背风坡风速紊乱，基本不可利用。

湍流强度是进行风电机组安全性分析的主要参数之一，其主要用于衡量相对于风速平均值而起伏的湍流强弱，表征风速波动的剧烈程度。风速波动越大，对风电机组的机械结构冲击越大，造成的荷载也越大。精确计算湍流强度通常较为困难，山地风电场中，测风塔的实测湍流强度也不能代表整个风电场全部区域的情况，应计算分析各机位处湍流强度，综合分析选取风电场合适的湍流强度等级。

对于山地风电场，风速分布不总是符合威布尔分布，也就是拟合的威布尔曲线不能很好地跟踪各风速区间风速概率柱状图，这就导致风电场发电量评估的不确定性增加。对于具体项目，应该结合风电机组的切入切出风速，定性研究分析威布尔分布计算发电量结果，判断是高估还是低估，并在此基础上进行修正发电量计算值。

地面附着物较多、地形起伏大导致地表粗糙度较大，近地面处的风速风向受影响程度较大，并随离地高度增加受影响程度逐渐减弱。因此必须重视风电机组选型和布置工作，以保证风电机组稳定、可靠运行。

山地风电场应重视风能资源的不均匀分布、空气密度、大气热稳定度、风电机组尾流损失等特性，因此宜在项目前期对测风塔的数量和布置情况进行分析，全面掌握测风数据，为山地风电场的实际情况提供支撑。

1.3.2.3 设计特点

随着近些年我国风电的大力发展，越来越多的风电场开始建设，导致风能资源丰富以及建设条件良好的区域越来越少，不少开发商已经逐渐重视条件相对复杂的山地风电场的开发。

1．工程地质

建设山地风电场需考虑其场地地形复杂、道路陡峭曲折、山顶密树丛生、岩石坚硬密实等特点，还需要考虑很多地质因素，如地形地貌、地层岩性、地质构造、不良地质现象等。理想的风电场地理位置都比较偏僻，自然条件相对恶劣，交通不便，施工物资及人员进出很不方便。另外场址区主要的风电机组机位均位于山顶或山脊上，风电机组承台及基础地基以岩石为主，需要爆破开挖，而土石方爆破难度大。根据爆区的地形、地貌、地质条件、环境和施工要求，需采用不同的爆破方法。不良地质现象方面，岩体卸荷容易形成危岩和崩塌。

2．道路条件

在山地风电场的设计中，道路设计是一个非常重要的组成部分，与常规平原风电场相比，由于地形地貌的复杂，道路设计更加困难。目前，还没有专门针对风电场道路设计的相关规范和标准，更多的是参考《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）或者《厂矿道路设计规范》（GBJ 22—1987）等相关规范中的道路标准来进行风电场道路设计（并非完全依照规范内容，规范仅作为参考使用）。

（1）纵坡。对于常规平原风电场来说，道路纵坡一般控制在9%～12%，但是到了山地风电场，由于地势地形的原因，山地起伏很大，若要保持纵坡在9%～12%，会大大增加工程量，同时对环境的破坏也会非常明显，在环保和经济性方面表现较差。因此在山地风电场的道路设计上，常采用车辆牵引的方法，道路设计纵坡可能达到16%，甚至18%。

（2）转弯半径。转弯半径的大小主要取决于设备的大小及运输方式，而在设备中最主要的影响因素是风电机组的叶片和塔架。在平原风电场的设计中，地形条件简单，更多采用的是常规的平板拖车进行设备的运输，但若应用于山地风电场，将大大增加对转弯半径的要求。一般对单机容量2MW的风电机组来说，若用平板拖车进行叶片运输，转弯半径大概在60～70m。若采用可回旋的扬举式特种车辆进行设备运输，叶片对转弯半径的要求将小于风电机组塔架对转弯半径的要求，此时，塔架则作为转弯半径设计参考的依据。单机容量2MW的风电机组，塔架多为三节或四节，此时转弯半径设计值将控制在20～25m，相比常规运输方式，大大减小了工程量。因此，相比平板拖车的方式，在地形地势条件复杂的山地风电场的设计中，特种车辆运输的方式更具优势，也更具可行性。

3．吊装平台

吊装平台在平原风电场设计中体现的不是很明显，对设备运输及吊装不会产生影响。但是在山地风电场中，由于风电机组往往布置在相对位置较高的山头，因此每台风电机组吊装平台可利用的面积就会大大缩小。

4．升压站

升压站作为风电场中的重要组成部分之一，一直扮演着重要的角色。在山地风电场中，由于地形、地势等因素的影响，山地风电场升压站的可利用面积十分有限，升压站占地面积比平原风电场升压站小很多，而且总体布局也与平原风电场不同，具体表现如下：

（1）占地面积。山地风电场升压站的占地面积受地形限制，很多山地风电场升压站在高压配电装置上采用了GIS方案。在山地风电场设计中，电气设备应尽量选用占地面积小的设备，可以起到压缩占地面积的作用。目前，有的山地风电场采用了集成式变电站的设计方案，集成式变电站占地面积小，适用于各种地形，成本相对较低，山地风电场中采用这种方案也是一个不错的选择。

（2）总平布置。山地风电场升压站设计中，需要利用相对有限的位置将功能最大化。因此，结合站址地理特点的布局才最适合山地风电场。山地风电场在利用面积受限的情况下，通常采用的布局并非常规的矩形布置，而是L形布置、T形布置、阶梯式布置，或是将生产区和生活区分开成两个单独小站布置等。

5．集电线路部分

集电线路也是风电场设计的重要组成部分之一。山地风电场由于地形地势复杂，可利用的地方少，高低落差大，其集电线路的设计相对平原风电场更加困难，主要表现在杆塔设计和远距离跨越两方面。

（1）杆塔设计。在山地风电场中，由于山地的地形地势特点，常常导致线路有较大的高差，这时，在设计中既要考虑水平拉力，又需要着重考虑纵向拉力，以免在高差较大的地区出现杆塔由于纵向拉力被“拔”出地面。

（2）远距离跨越。而在山地风电场中，由于风电机组位于一个个山头，距离也相对较远，若果采用常规的杆塔，在远距离跨越的时候会“绕路”，造成很大的浪费，这时就体现了远距离跨越在山地风电场设计中的优势了。利用山峰之间的峡谷空隙，可采用远距离跨越来完成线路的连接，由于山谷与山峰间的高差非常大，因此可以满足导线在远距离跨越时弧垂的要求。相比“绕路”方案，工程量会大大减少。

1.3.2.4 山地风电场开发的优点

（1）可开发风电场场址基本位于高山山脊和高山台地地区，远离经济区域，场址区土地较为贫瘠，人类活动极少，风电场建设与土地利用规划之间的矛盾相对较少。

（2）目前，我国南方的电源结构总体以水电为主，电网丰枯矛盾尖锐，水电丰枯出力差距很大，一般的径流式水电的枯季出力不足20%，调节性能好的大型水电的枯季出力也只有50%左右。与此相反，南方地区枯季的风电出力最大。因此，水电与风电具有良好的互补特性，发展风电有利于改善我国电源结构，在一定程度上缓解电网丰枯矛盾，缓解南方地区枯期缺电的局面。

（3）我国风电的整体规模较小，风电场就地消纳能力较强。

1.3.2.5 山地风电场开发的难点

（1）山地风电场主要集中在山地及高原地区，地形相对复杂，风能资源受地形的影响变化较大，山区气象站一般设立于经济条件较好的山谷或平坝地区，气象站测风资12料一般难以反映场地的资源情况。对风能资源的观测及评估是山地风电场开发的一个难点。

（2）山地风电场主要集中在山地及高原地区，经济基础较差，交通基础设施较为落后，场地山高坡陡，交通运输及道路组织方案是制约山地风电场开发的关键因素。

（3）并网条件相对较差。由于风电开发总体起步较晚，新能源规划晚于电网规划，电网规划中未考虑新能源电源点的接入，导致风电并网条件较差。风电具有间歇性、随机性，以及可调度性低的特点，其规模的迅速扩大在给电网带来一定压力的同时也给并网带来一定的困难。

（4）受地形条件的限制，山地风电场一般以山脊为一个开发单元，主要以分散式开发为主，点多面广，很难形成大规模集中开发的风电场，对山地风电可开发总体规模的认识有待提高。

（5）风电场运行条件差。山地风电场受地形影响，湍流强度相对较大，对风电机组的安全要求相对较高；风电场处于有高雷暴、高湿度、强凝冻的环境，尤其是高雷暴问题是制约风电场安全运行的重大问题。

相对于“三北”地区大规模的风电基地而言，南方地区风电与水电的互补性较强，以分散式开发为主，受地形、经济发展水平、运行环境的影响，建设成本相对于“三北”地区风电场较高，但因其总体规模较小，就地消纳能力较强。

1.3.3 山地风电场规划建设情况

1.3.3.1 山地风电场规划

国家能源局统筹考虑各地区风电开发建设现状和市场消纳情况，编制了2016年全国风电开发建设方案。在西部地区的山地风电场规划主要涉及贵州、四川、青海、西藏等省（自治区）。

1．贵州

2016年6月24日贵州省人民政府印发的《贵州省推动电力行业供给侧结构性改革促进产业转型升级的实施意见》指出，加大风电项目建设力度，促进风电与观光旅游综合开发，实现贵州省风能资源充分合理开发利用，力争到2020年装机容量达到600万kW。

“十三五”期间，重点开展山地抗凝冻低风速启动风电机组的技术研究和应用，研发高效率转换光伏组件。

为促进能源结构调整，推动能源生产和消费革命，贵州省能源局统筹制定了2016年贵州省风电开发建设方案。该方案提出为促进风电产业持续健康发展，2016年贵州省风电开发建设总规模209.94万kW，其中集中式风电项目规模202.74万kW，分散式接入风电项目规模7.2万kW。

2．四川

“十三五”期间，四川省将在“十二五”工作的基础上，增设风能资源观测塔，全面摸清全省各地市州风能资源，高原风电建设有所突破，完成甘孜州风电规划研究，力争建成1～2个高原风电项目。根据《四川省凉山州风电基地规划报告》研究成果，结合风能资源最新资料和风电建设条件最新进展，适时调整风电基地逐年投产规模，力争到“十三五”末，全省风电总装机规模达到或超过700万kW。

根据四川省风能资源开发规划场址建设条件综合分析，结合全省最新能源发展规划以及《四川省风能资源开发规划研究报告》研究成果，提出四川省风电开发规划。初步规划，到2020年，全省规划投产风电场120个，投产规模达到750万kW。

3．青海

根据《国家能源局关于下达2016年全国风电开发建设方案的通知》（国能新能〔2016〕84号）精神，国家下达2016年青海省风电开发建设规模为100万kW，青海省发展和改革委员会在统筹考虑各项目风能资源和开发建设条件的基础上，研究编制了《青海省2016年度风电开发建设方案》（以下简称《方案》），经青海省能源资源开发建设协调领导小组专题会议审定，将16个项目列入《方案》，总装机容量100万kW。

4．西藏

西藏高原空气稀薄，气压低。全区平均气压仅为海平面的一半，即同等风速和气温下，风功率密度大小仅为海平面的一半。70m高度，不小于200W/m2的技术开发量为118万kW，而不小于400W/m2的技术开发量比较小，约有53万kW的风能资源技术开发量可供小规模离网型风力发电利用，但风电场的建设受环境制约较大，小规模、离网型的风力发电，将使风能资源得到更加充分的利用。

从季节分布看，冬季、春季风能较丰富，秋季风能最小。由于西藏高原地区缺乏足够的观测资料，风能资源的具体情况需要进一步观测。但从分析看，海拔3500m以上，潜在装机区域主要分布在藏北高原及日喀则地区西北部零星地带，藏北开发潜力较大。

总体来说，在西藏高原适宜地区，可以尝试使用小型风电机组，发展小规模离网风力发电。

1.3.3.2 山地风电场建设

2016年部分地区风电产业发展统计数据见表1-5。2016年，全国风电产业继续保持增长势头，全年风电新增装机容量1930万kW，累计并网容量达到1.49亿kW，风力发电量2410亿kW·h。

2016年，云南、贵州、四川、青海、西藏五省（自治区）年利用小时数最高的地区是四川2247h，年利用小时数最低的地区是贵州，为1806h。

1．云南

自云南省首个风电项目大理者摩山风电场并网发电以来，云南省风能资源开发利用逐14渐提速。据云南省能源局发布的风电场规划报告显示，云南全省可开发风电装机达3300万kW以上。

为应对风电等新能源大幅增长对电网安全及消纳能力带来的挑战，保障新能源的健康持续发展，云南电网公司加强风电新能源并网管理，落实“一站式”服务，优化风电并网时序和流程，规范、快速办理并网手续，助推新建风电顺利投产。在保障电网安全稳定运行的前提下，全力做好节能优化调度，根据国家能源局发布的《2017年一季度风电并网运行情况》，截至2017年一季度，云南省风电项目新增并网容量11万kW，累计并网容量412万kW。

云南地区风电利用情况见表1-6，从表中数据分析，近几年云南省风电年利用小时数保持在2200h以上，居全国各省前列，虽存在少量弃风问题，但整体上风电运行情况非常好。

2．贵州

根据国家能源局发布的《2016年风电并网运行统计数据》，截至2016年年底，贵州省风电项目新增并网容量39万kW，累计并网容量362万kW。

表1-7为贵州地区风电利用情况，从表中数据可知，近几年贵州省风电利用小时数在1100h以上，没有弃风现象。

3．四川

为积极响应国家能源发展战略，调整经济发展方式，四川省提出在“十三五”期间，要科学有序地发展新能源，力争到2020年，全省非化石能源消费量占一次能源消费总量的37.8%，要完成这一目标和任务，必须积极发展循环经济，大力推进风能资源开发利用。风电发展现状主要体现在以下方面：

（1）测风工作全面展开，多地区具备风能资源开发价值。在全国风电大开发的背景下，四川省能源局委托四川省气象局先后在凉山、甘孜、阿坝、攀枝花、绵阳、广安设立12座测风塔，以摸清全省风能资源的区域分布特点。目前各大电力企业陆续开始在四川开发风电，又设立了多座测风塔开展风能资源观测。据不完全统计，四川省已设立测风塔超过100座，主要分布在以凉山州为代表的盆周山区。从测风塔风能资源数据分析结果来看，多数地区风功率密度等级达到2级及以上，基本具备风电开发价值。

（2）风电开发外部环境不断改善。以接入系统和交通运输为代表的外部环境显著改善。目前四川省500kV及以上电网目标网架的基本框架完全形成，500kV网架基本覆盖了四川电网的每个负荷中心。220kV电网已经覆盖了21个市州，除阿坝、甘孜、巴中等少数市州外，大部分市州均已建成220kV环网，形成了较为坚强的地区骨干电网。全省高速公路进出川大通道建成7个、在建11个，以高速公路为骨架的干线公路网建设布局全面展开，国省干线升级改造和农村公路建设稳步推进，内河航道和港口建设进展顺利。风电开发外部环境的改善为风电建设提供了必不可少的前提条件。

（3）风电机组制造形成规模化生产能力。经过多年发展，四川省的风电机组制造企业——东方电气集团已具备独立设计、研发、生产、售后单机容量1～5MW的弱风型、低温型、抗台风型、高原型双馈和直驱风电机组，目前年生产能力超过1000万kW，主要的生产机型包括东汽1.5kW、东汽2.0MW、东汽2.5MW和东电1.5MW、东电2.5MW等。

（4）规划引领，风电开发进入快速发展阶段。优化风电开发布局，总量控制，适度开发。依据国家已批准实施的凉山州风电基地规划，到2020年，全省风电建成并网规模达到600万kW，其中凉山州风电基地建成并网453万kW。

4．青海

青海地区风电利用情况见表1-8，从利用小时数来看，2015年青海风电产业年利用小时数最高，其余三年基本保持在1700h。

5．西藏

根据国家能源局发布的《2016年风电并网运行统计数据》，截至2016年年底，西藏累计并网容量1万kW，风电项目无新增并网容量。

西藏自治区目前只有一个风电项目——龙源那曲高海拔风电项目。项目投产实现了我国西藏风电装机容量的零的突破，并且是世界上海拔最高的风电项目。该项目位于西藏那曲地区那曲县，占地约312亩注1，安装33台96m长叶片、单机容量1500kW的风电机组，总装机容量49.5MW，项目分为两期建设，该项目进一步缓解了藏北那曲的缺电问题。

注11亩=666.7m2