刍议风力发电场初步设计

田哲旭

摘 要：对于风力发电场来说，初步设计作为关键性的技术环节，涵盖了发电场寿命周期的相关技术细节和技术学科，将直接决定和影响风力发电场项目的最终技术形态，因此，必须要高度关注和重视风力发电场的初步设计工作，以便能够确保项目能够按照要求实现最大的经济效益和安全效益。笔者基于自身的实际工作经验，选取参与建设的某风力发电场作为主要的研究对象，将在本文重点研究和探讨该风力发电场的初步设计。

关键词：风力发电场；初步设计；分析

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0139-02

1 引言

进入新世纪后，随着全球化和工业化的影响，高速进步的技术带来了大规模的资源消耗，传统化石燃料的开采和使用对环境造成了严重的破坏，导致原油泄漏、重金属污染、天坑、地下水枯竭、泥石流、洪涝、干旱、沙尘暴、雾霾等环境恶化现象不断出现。习近平主席曾指出，绿水青山就是金山银山。为实现我国经济社会的可持续发展，有必要找到能够代替化石燃料的环保、绿色、可再生的清洁能源。而在众多的清洁能源中，风能零污染、高效、洁净，有着取之不竭用之不尽的循环特性，加之风力发电具有可分散建设、接入灵活、资源分布广、单机容量小等诸多优点，风力发电的优势逐步显现出来。

2 风力发电场初步设计技术讨论

笔者基于自身的实际工作经验，选取参与建设的某风力发电场作为主要的研究对象，将在本文重点研究和探讨该风力发电场的初步设计。

2.1 项目工程概述

首先，该风力发电场法人明确，拥有充足的建设资金；其次，该项目获得了风力发电批复。基于项目公司于该区域所收集到的客观、准确的数据，通过该风力发电场的建设，建成总装机容量达到200MW（2000KW风力发电机组，共100台），年等效满负荷小时数为2441h。主要经济数据如表1。

2.2 工程任务与规模

风力发电场选址位于风力资源非常丰富的区域，项目的建设符合当地经济发展与国家能源开发计划。基于该风力发电场的建设条件、资源特点和自然条件，主要开发任务为：项目建设的主要目标为发电，200台风力发电机吊装就位，同时完成场内集电线路与场外送出线路的建设，建设一座220KV升压站向附近区域送电。

3 发电设备选型

经过全面、客观、科学的研究和分析，计划选择某品牌2.0MW风机，其技术参数如表2。

如图1所示，风机设计厂家所给出的数据表明机组在18m/s的情况时能产生最大出力。由于该风力发电场需要安装众多的风电机组，所以，怎样进行布置，并科学的分析尾流情况就有着至关重要的作用和意义。

风电场建设区域主要是东风风向，通过应用软件，并结合该区域的地形图，开展发电量和风机尾流的计算工作。在科学计算分析的基础上，实现场地的合理规划，最大限度的降低尾流影响和线路长度的影响，实际布局方案在初步设计所讨论的3.5D×10D方案的基础上采取3.4D×10D方案，详见图2。

在统计对比可利用小时数和尾流影响的基础上，笔者发现，尽管初步设计所讨论的3.5D×10D方案有着更为优秀的利用小时数和尾流影响，然而结合风电场现场实际情况来说，项目建设场地主要地貌为丘陵，存在3个以上的复杂地形区域，对风机布置产生了较大的负面影响，实际建设方案统筹考虑了所需建设风机数量以及场地地形，在内侧预留60m，以便可以进行合理的调整，杜绝风机站位过界情况的出现，所以实际布局方案选取的是3.4D×10D布局方案，经对比分析后发现，两方案之间的重要性能数据仅存在微小差异。

4 发电量计算

通过应用软件分析得知该发电场的理论年发电量达到80201.6万KW·h，考虑到实际生产过程中的电网频率波动及限电、气候影响停机、线损及厂用电等能量损耗、风机功率曲线折减、风电机组可利用率、叶片污染折减、控制和端流折减修正、空气密度折减以及其他因素的影响，折减系数取0.69，年上网电量达到了50599.2KW·h，年等效满负荷小时数达到2529h，平均容量系数为0.291。

5 风电机组基础设计

5.1 基础形式

由于风机塔架具有典型的高耸结构特征，必须要能够满足大偏心受力以及360°方向重复负载的要求，就塔架的变形要求以及地基稳定性有着较为严苛的要求，地基必须要能够承受来自风机塔架的倾覆力矩和水平荷载，必须采取大块体结构进行设计。风电场地基地层主要为凝灰岩层、砂质泥岩层、砂砾层，为满足建设要求，地基承载力必须要超过350KPa，经实地测量计算，天然地基能够达到风机基础的标准。综合建设经验、可研阶段的方案，在建设本风机发电场的过程中拟采取风机扩展基础。

5.2 基础设计

在建设过程中，选择钢筋混凝土结构作为扩展基础的主要结构形式，形状为圆柱体形，主要组成部分为台柱、圆台、底板，高度为1.15m、1.45m、0.95m，总高度达到3.5m，其中，台柱直径为5.85m。具体如表3所示。

基于FD003-2007《风电场机组地基基础设计规定》的要求，开展了基础抗滑稳定验算、抗倾覆稳定验算、倾斜变形验算、沉降变形验算、地基承载力复核等相关计算。由于篇幅有限，本文以地基抗压计算为例，进行简要的介绍和分析，公式如下：

（1）圆形扩展基础承受轴心荷载。

上式内：

A：扩展基础底面积；

Gk：覆土重标准值；

K0：荷载修正安全系数，本设计取值为1.35；

Nk：上部结构传达到扩展基础顶面的竖向力修正标准值；

Pk：扩展基础底面处的平均压力。

（2）基础防腐。在设计前，开展了全面而细致的地勘工作，经科学的分析和研究后发现，项目所建设的钢结构和混凝土结构非常容易受到地基土的腐蚀，必须要根据现场实际情况制定并实施必要的防护措施。为此，所设计的方案如下：为达到防腐处理的目的，通过三油两布的方式来对风机基础进行处理，细而言之，也就是将沥青油三层涂刷在風机基础表面处，并在中间夹上两层。实际工作中，每台风机需要进行346m2的基础防腐。

（3）基础防洪。风电场建设地会受到季节暴雨和山脉雪水融化的洪水危害，即便发生洪水，也具有漫滩、流速缓慢，且深度不超过10cm的特点，因此，在建设选址过程中，必须要尽可能的选择避开冲沟的位置，基础抬高0.75米，并选择C25混凝土予以防护，防护高、宽分别为1米、0.25米，以起到避免基础受到洪水冲刷所受到的危害。

（4）沉降观测。基础施工完毕、每安装一段塔筒、荷载全部施加时至少进行一次观测，除此之外，运行过程中每年观测次数不得少于2次。

6 结语

笔者基于自身实际工作经验，结合某风力发电场项目建设实例进行了研究。对于风力发电场来说，初步设计作为关键性的技术环节，涵盖了发电场寿命周期的相关技术细节和技术学科，将直接决定和影响风力发电场项目的最终技术形态，因此，必须要高度关注和重视风力发电场的初步设计工作，以便能够确保项目能够按照要求实现最大的经济效益和安全效益。

参考文献

[1]段红梅，匡方毅，王璐，邱庆栋.用Excel雷达图制作多彩色风玫瑰图的实用技巧[J].安徽农业科学，2012，（01）：397-399.

[2]任宇，朱斌，陈仁朋，王振宇，陈云敏.大型风电机组群桩基础受荷特性及长期累积沉降控制[J].土木工程学报，2010，（03）：75-80.

[3]GB/T18710-2002.风电场风能资源评估方法[S].2002.