中国华能集团公司风电场工程设计导则.doc

中国华能集团公司风电场工程设计导则目录1 范 围1.1 本导则适用于中国华能集团公司及其全资、控股公司所属或管理的国内建设的陆上风电场工程，在国外投资建设的工程可参照执行。1.2 本导则适用于装机容量为50MW级以上的并网型风电场工程设计，其他规模和离网型风电场工程可参照执行。1.3 本导则适用于风电机组单机容量为750kM级以上的风电场工场设计，其它机组可参照执行。1.4 本导则适用于新建和扩建的风电场工程设计，改建工程的设计可参照执行。1.5 本导则由中国华能集团公司负责解释。2 总 则2.1 为贯彻落实中国华能集团公司“两高一低”（高速度、高质量、低造价）的基建方针，按照“安、快、好、少、廉”的基建工作管理要求，规范和促进中国华能集团公司所属区域公司、产业公司的风电场工程建设工作，统一和明确设计标准，特制定本导则。2.2 本导则作为中国华能集团公司的企业标准，如与国家的强制性标准不一致时，应按照国家标准执行。2.3 本导则按国家和行业现行的标准、规程、规范编制。如遇标准、规程、规范调整或新增，则以最新颁布的标准、规程、规范为准。2.4 风电场工程设计一般包括风电场和升压变电站（开关站）两部分，风电所长勤务员接入系统设计按有关规定执行。2.5 风电场工程设计的基本原则 1 风电场工程设计应符合安全可靠、技术先进和经济适用的要求； 2 风电场工程设计应在工程中长期规划的基础上进行，应正确处理近期建设和远期规划的关系，充分考虑后期工程建设的可能性； 3风电场工程设计应充分利用场区已有的设施，统筹考虑分期建设情况，避免重复建设； 4 风电场工程设计中，工程建设用地应与规划、国土等部门相直辖市，必须坚持节约用地、集约用地的原则； 5 风电场工程设计应落实环境保护和水土保持措施，减少工程建设对环境和植被的破坏； 6 风电场工程设计应采用先进技术、先进方法，减少损耗，以达到节能降耗的目的； 7 风电场工程设计应符合劳动安全与工业卫生的要求，落实安全预评价提出的安全对策措施； 8 风电场工程生产运营管理模式一般考虑“无人值班、少人值守”的原则。2.6 风电场工程设计一般包括工程规划、预可行性研究、可行性研究（项目核准申请报告）、招标设计、施工图设计、竣工图编制等阶段。各设计阶段文件编制深度应满足国家和待业现行的标准、规程、规范及相关规定的要求。2.7各设计阶段的工作内容 1 工程规划阶段 按照风电场工程规划的编制要求，收集基本资料，编制风电场工程规划报告，主要工作内容和深度根据“国家发展改革委办公厅关于印发风电场工程前期工作有关规定的通知”中附件二风电场工程规划报告编制办法（发改能源2005899号文）规定执行。1） 对规划风电场的建设条件进行调查，取得可靠的基础资料，并进行归纳分析，作为规划的依据；2） 根据风能资源普查成果、土地利用规划以及其他风电场前期工作成果等初步选定各规划风电场场址；3） 对各规划风电场的风能资源、工程地质、交通运输及施工安装条件进行分析；4） 初步估算各规划风电场的装机容量；5） 提出各规划风电场的接入系统方案；6） 对各规划风电场进行环境影响初步评价；7） 对各规划风电场进行投资匡算；8） 经综合比较，确定规划风电场的开发顺序。 2 预可行性研究阶段 进行预可行性研究工作时应对风电场项目的建设条件进行调查，取得可靠的基础资料。按照风电场工程可行性研究设计规程与规范开展设计工作，设计成果满足国家有关主管部门审批预可行性研究报告的要求。 风电场预可行性研究报告编制的原则、内容、深度和技术要求，按照“国家发展改革委关于印发风电特许权项目前期工作管理办法及有关技术规定的通知”中附件二风电场预可行性研究报告编制办法（发改能源20031403号）规定执行。1） 初拟项目任务和规模，并初步论证项目开发必要性；2） 综合比较，初步选定风电场场址；3） 风能资源测量与评估；4） 初步查明风电场工程地质条件及主要工程地质问题；5） 初选风电机组机型，提出风电机组初步布置方案；6） 初拟土建工程方案和工程量；7） 初拟风电场接入系统方案，并初步进行风电场电气设计；8） 初拟施工总布置和总进度方案；9） 进行初步环境影响评价；10） 编制投资估算；11） 项目初步经济评估。3 可行性研究阶段按照风电场工程可行性研究勘测设计规程与规范开展勘测、设计工作，设计成果满足国家有关主管部门审批可行性研究报告的要求。主要工作内容和深度根据“国家发展改革委办公厅关于印发风电场工程前期工作有关规定的通知”中附件三风电场工程可行性研究报告编制办法（发改能源2005899号）规定执行，并增加节能减排章节。1） 确定项目任务和规模，并论证项目开发的必要性和可行性；2） 对风电场风能资源进行评估；3） 查明风电场场址工程地质条件，提出相应的评价和结论；4） 选择风电机组机型，提出风电机组优化布置方案，并计算风电场年上网电量；5） 根据风电场工程接入系统方案，提出风电场和升压变电站电气设计方案；6） 拟定消防方案；7） 确定工程总体布置、中央控制建筑物的结构形式、布置和主要尺寸，拟定土建工程方案和工程量；8） 确定工程占地范围及建筑征地主要指标，拟定施工组织设计方案、编制施工总进度；9） 拟定风电场工程定员编制，提出工程管理方案；10） 进行环境保护和水土保持设计；11） 拟定劳动安全与工业卫生方案；12） 编制节能减排方案；13） 编制工程设计概算；14） 进行工程经济评价。4 招标设计阶段招标设计阶段主要内容包括：1） 确定风电场采用的风电机组机型；2） 对风电机组进行优化布置，确定风电场微观选址方案及变电站位置；3） 根据微观选址成果和设计要求，进行风电场测量和地质详勘；4） 进行箕压变电站建筑方案设计；5） 根据风电机组主设备情况，进行风电场土建方案设计；6） 根据设备选型情况，进行风电场电气方案设计；7） 编制风电场招标文件；8） 编制招标设计概算。5 施工图设计阶段按照风电场工程可行性研究设计批复意见（及专家评审意见）、按招标阶段确定的主要技术方案、根据勘察设计规范及工程建设总进度要求，对本工程的设备及安装工程、建筑工程及其他相关工程项目进行结构分析计算和细部设计，提交满足规程规范浓度要求的施工图。1） 风电场工程总图；2） 场内道路施工图；3） 风电机组基础与箱变基础施工图；4） 升压变电站土建施工图（建筑、结构、给排水、电气、暖通）；5） 风电场及升压站电气一次施工图；6） 风电场及升压站电气二次（含通信）施工图；7） 线路工程施工图；8） 编制风电场工程施工图预算。6 竣工图编制阶段风电场工程竣工图编制以施工图为基础，并根据勘测、设计、施工、监理、调试、项目建设单位审核确认的“设计变更通知单”、“工程联系单”等变更文件，以及现场施工验收记录和调试记录等资料编制竣工图。竣工图的编制深度应符合施工图设计深度规定的要求。竣工图内容应与施工图设计、设计变更、施工验收记录、高度记录等相符合，应真实反映工程验收的实际情况。风电场工程竣工图编制可参照电力竣工图文件编制规定（KL/T5229-2005）执行。3 风能资源测量3.1 风电场宏观选址3.1.1 风电场宏观选址遵循的原则一般是，从宏观的角度，在一个较大范围内，根据风能资源初步调查与分析的结果，并参考其他风电场前期工作成果，选择最有利的场址，以求增大风电机组的出力，提高风电场的经济性、稳定性和可靠性；最大限度地减少各种因素对风能利用、风电机组使用寿命和安全的影响；全方位考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用、环境、文物、军事等因素。3.1.2 风电场宏观选址应根据风能资源普查结果，并参考其他风电场前期工作成果，初步确定几个风能可利用区，分别对其风能资源进行进一步分析、对地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评价，并对各风能可利用区进行相关比较，从而选出并确定最合适的风电场场址。一般通过利用收集的该地区气象台、站的测风数据和地形地质资料并对其分析、到现场询问当地居民、考察地形地貌特征（如长期受风吹而变形的植物、风蚀地貌）等手段来进行定性，从而确定风电场场址。3.2 测风方案3.2.1 测风塔的布置1 对于地形较为平坦的风电场，可选择具有代表性的塔址安装测风设备，原则上一座测风塔控制半径不超过5km；2 对于地形较为复杂的风电场，应区分不同区域和地段，选择各地段有代表性的塔址安装测风设备，原则上一座测风塔控制范围不超过10km2；3 对于地形十分复杂的风电场，可考虑增加临时测风塔，临时测风塔安装高度不低于40m；4 对于特殊下垫面的风电场如滩涂风电场，就应考虑风速沿内陆方向衰减趋势，根据场址条件，宜由海岸线至内陆方向不超过500m设立测风塔；5 测风塔安装位置应能代表风电场区域平均风能资源水平，每个风电场原则上不少于2座测风塔；6 为满足风电场前期、运营和后评价全过程风资源评价需要，根据具体情况，确定设立永久性测风塔，长期保留与维护。3.2.2测量参数、测量仪器1 测量参数按照风电场风能资源测量方法（GB/T18709-2002）相关规定执行。1） 风速参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的平均风速，每10分钟的风速标准偏差，每10分钟风极大风速及其对应的时间和方向；2） 风向参数采样时间间隔应不大于3秒，并自动计算和记录每10分钟的风向值。风向采用度（）来表示；3） 温度参数应每小时采样一次并记录，单位为；4） 大气压力参数应每小时采样一次并记录，单位为kpa。2 测量仪器1）测风仪器设备在现场安装前应经法定计量部门检验合格，在有效期内使用；2）风速传感器应满足测量范围为0m/s60m/s，误差范围为0.5m/s（风速范围3m/s30m/s范围），工作环境温度应满足当地气温条件； 3）风向传感器应满足测量范围为0360,精确度为2.5，工作环境温度应满足当地气温条件；4）大气温度计一般应满足测量范围为-40+50,精确度为1的要求；5）大气温度计一般应满足测量范围为60108kpa，精确度为3% 的要求；6）数据采集器应具有本规定的测量参数的采集、计算和记录的功能，具有在现场或室内下载数据的功能，能完整地保存不低于12个月采集的数据量，能在现场工作环境温度下可靠运行；7）在受强热带气旋影响的风电场现场，可增加强风观测仪器。3.2.3 测风设备及安装按照风电场风能资源测量方法（GB/T18709-2002）相关规定，选择与安装测风设备。安装前应注意收集周围已有测站和气象站的测风资料，分析其风况特征，了解当地盛行风向，以有利于测风设备的安装和调试。1 测风塔结构一般选择桁架型形式，高度应接近或高于拟安装风电机组的轮毂高度。测风塔应该具备设计安全，结构轻便、易于运输及安装，在现场环境下结构稳定，风振动小等特点；并具备防腐、防冻、防雷电要求及配备“请勿攀登”等明显的安全标志；2 风速仪、风向标安装时，其中应有一套风速、风向传感器安装在10m高度处，另一套风速、风向传感器应固定在拟安装的风电机组的轮毂中心高度处，其余的风速、风向传感器可固定在测风塔10m的整数倍高度；3 为减小测风塔的“塔影效应”对传感器的影响，风速、风向传感器应固定在离开塔身的牢固横梁处，与塔身距离为桁架式结构测风塔直径的3倍以上，迎主风向安装并进行水平校正；在顶层增加一套测风设备并与迎主风向的垂直方向安装；4 风向标应根据当地磁北方向安装，设计时应根据当地磁偏角修正为真北，风向标死区范围应避开主方向；5 安装数据采集器时，数据采集安装盒应因定在测风塔上适当位置处；安装盒应防水、防冻、防腐蚀、防沙尘和防静电；数据传输应保证准确；6 温度计及大气压力计可随测风塔安装；7 测风塔的高度一般不低于预装风电机组的轮毂高度，对于装机规模超过200MW的风电场应设立一座高度不低于100m的永久测风塔；8 测风塔除采用传统的机械式测风设备外，根据测风设备技术的发展，亦可推荐采用超声波、雷达等测风装置。3.3 测风数据采集与整理按照风电场风能资源测量方法（GB/T18709-2002）相关规定，对测风数据进行及时采集，跟踪分析测风数据的合理性，发现问题应及时查找原因，并与维护部门及时联系修正，整理完成满足风能资源评估的完整年的测风数据。3.3.1测风数据采集 1 所有的测风设备，应有设备装示意图表； 2 现场测量收集数据应至少连续进行一年，并保证采集的有效数据完整率达到95%以上； 3 测风数据一般可通过无线传输形式逐日采集；若测风数据需要现场采集的，数据收集的时段最长不宜超过两周，收集的测量数据应作为原始资料正本保存，用复制件进行数据分析和整理； 4 现场采集数据或检修，均应现场执行记录。现场采集的数据文件需汇总成表。3.3.2 测风数据整理 1 现场采集的原始数据不得进行任何的删改或增减，并应及时对下载数据进行复制和整理； 2 每两周收集数据后应对收集的数据进行初步判断，判断数据是否在合理的范围内；判断不同高度的测量记录相关性是否合理；判断测量参数连续变化趋势是否合理； 3 发现数据缺漏和失真时，应立即认真检查测风设备，及时进行设备检修或更换，并应对缺漏和失真数据说明原因； 4 将所有未经修改的原始测风数据记录汇总，整理形成现场测量逐十分钟原始数据报告以及逐小时原始数据与极大风速数据报告。4 风能资源分析评价4.1风能资源分析4.1.1 根据风电场资源测量获取的原始数据，对期完整性和合理性进行判断，检验出缺测的数据和不合理的数据，经过适当处理，整理出一套至少连续一年完整的风电场逐时测风数据。4.1.2 在风电场场址风资源测量的基础上，通过收集风电场所在地区附近长期测站（如气象台、站等）位置坐标（GPS采点）、气象资料、长期风速、风向资料以及与风电场同期完整年逐时风速、风向资料，通过场址测站和长期测站的风资源数据的相关分析，结合长期测站多年平均风速和风电场测风年同期年平均风速的差值情况，将验证后的风电场各测站不同高度测风数据订正为反映风电场长期平均水平的代表性数据。4.1.3 风能资源分析时应了解气象站自身及周围环境变化情况，以及对风速、风向变化可能造成的影响，若有多个气象站应分析其差异。对气象站年平均风速、月平均风速变化不合理或突变情况要进行详细分析。比较当年和多年风向频率变化情况，并分析其合理性。4.1.4 风能资源分析时应对测风数据进行不同高度逐时完整性、合理性、相关性检验；分析不同等级风速湍流强度变化情况；进行不同高度数据订正和轮毂高度多方案比较，对订正后的风速进行合理的分析。4.1.5 风能资源分析时对实测年风向与多年风向进行比较分析，分析实测年能否代表多年风向。主要包括对气象站实测年与多年风向分析；选定气象站与周边气象站风向分析；测风塔实测年与选定气象站当年、多年、周边气象站当年、多年风向分析；测风塔实测年不同高度分析对比、与周边测风塔不同高度风向对比分析。4.1.6 对订正后的数据进行风电场风能资源参数计算，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速频率分布和风能频率分布、风向频率和风能密度方向分布等。4.1.7 风电场风能要素计算 1 空气密度 空气密度是计算风功率密度的主要指标，一般根据资料情况，按下式计算：或者 或者 2 平均风速 年平均风速（10分钟平均值）是一年中各次观测的风速之和除以观测次数，它是最直观简单表示风能大小的指标之一。 3 风向 风向表示一般用16个方位表示，静风以C表示。风向也可以用角度表示，以正北基准，顺时针方向旋转。 风向频率系根据风向观测资料，按方位统计观测时段内各风向出现的小时数，除以总观测时数。 4 风功率密度 平均风功率密度为设定时段内逐时风功率密度的平均值，不可用年平均风速计算年平均风功率密度。 5 风频分布 风速频率分布一般用概率函数威布尔（Weibull）分布来描述： 威布尔（Weibull）分布两参数：k为形状参数，无量纲；c为尺度因子，单位为m/s。 6 湍流强度 根据水平风速的标准偏差和相同时段的平均风速计算湍流强度； 逐小时湍流强度是以1h内最大的10min湍流强度作为该小时的代表值。湍流强度计算按照全部测风数据、V=150.5m/s区间测风数据以及风电机组切入、切出的全风速段分别计算。 7 风切变指数 风切变指数是代表近地面风速随高度变化的一个指标。 风速随高度变化依据下式计算：或者a为风切变指数风切变指数根据测风塔不同高度平均风速变化情况采用指数拟合或者对数拟合计算。8 最大风速根据气象站历年最大风速统计，利用风速的年最大值x的极值型的概率分布，推算气象站的50年一遇最大风速（参考全国风能资源评价技术规定）。根据测风塔实测年最大风速统计，建立气象站和测风塔大风时段相关关系，结合测风塔大风时段风切变指数推算（也可直接相关到风电机组预装轮毂高度推算）场址风电机组轮毂预装高度50年一遇最大风速。并分析由于海拔高度引起的空气密度变化对最大风速的影响。4.2 风能资源评价4.2.1 风电场风功率密度等级按照表4-1进行评价表4-1 风功率密度等级表风功率密度等级10m高度30m高度50m高度应用于并网风力发电风功率密度(W/m2)年平均风整参考值(m/s)风功率密度(W/m2)年平均风整参考值(m/s)风功率密度(W/m2)年平均风整参考值(m/s)11004.41605.12005.621001505.11602405.92003006.431502005.62403206.53004007.0较好42002506.03204007.04005007.5好52503006.44004807.45006008.0很好63004007.04806408.26008008.8很好74009.4640160011.0800200011.9很好 注：1 不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。 2 与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按海平面标准大气压及风速频率符合瑞利分布的情况推算。4.2.2 评价风向频率和风能密度的方向分布，明确风电场主导风向和主导风能方向，并分析其对风电场布置的影响。4.2.3 评价风电场风速和风功率密度的日变化、年变化趋势，分析与当地电网的日、年负荷曲线匹配程度。4.2.4 风电场湍流强度可参照IEC标准评价其湍流强度类别：A类（0.16）、B类（0.14）、C类（0.12），为风电机组设备选型提供依据；评价风电场湍流强度对风电机组性能和寿命的影响。4.2.5根据风电场极端风速情况，参照IEC标准（见表4-2），判断风电场安全等级：即类；类；类和S类。4.2.6 评价风电场特殊的天气条件（如气温、积雪、积冰、雷暴、盐雾、沙尘等），并对风电机组选型提出特殊的要求。表4-2 各等级风电机组基本参数风电机组安全等级S备注安全风速（最大，m/s）5042.537.5根据设计确定的特殊等级50年一遇最大风速（10分钟平均）安全风速（极大，m/s）7059.552.5瞬时极大风速（3s）湍流强度 高A0.16风速为15m/s的平湍流强度值中B0.14低C0.125 风电场总体规划5.1 建设条件初步分析与评价在风电场宏观选址的基础上，对风电场的建设条件进行初步分析与评价，对风电场的建设开发进行总体规划。5.1.1风能资源条件 1 风能资源是风电场选址的基本条件，场址选址一般考虑风能质量好（年平均可利用风速较高、可利用风功率密度大、风频分布好、可利用小时数高），风向基本稳定（即主要有一个或两个盛行主风向），风速变化小，风电机组高度范围内风垂直切变小，湍流强度小。对灾害性天气（如强台风、龙卷风、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等）频繁出现地区，应分析不利气候条件对风电场选址的影响。 2 风电场宏观选址和规划阶段，依据资料情况，主要进行以下初步分析与评价： 1）根据中国风能资源评价报告，对风能区划标准为较丰富区及以上区域，可明确开发建设风电场；对风能区划标准为贫乏的场址区域，原则上不进行开发建设，但对受局部地形、区域气候影响，风能区划贫乏区内可能存在的风资源高值区，宜结合具体情况进行分析判断； 2）对风能区划标准为一般区的场址区域，应在收集当地气象站资料、新建或已有测风资料、周边已建风电场发电效益资料的基础上，综合确定是否具备风能资源开发价值； 3）对极大风速、极端气温、积雪、积冰、雷暴、盐雾、沙尘等特殊的大气条件进行初步评价； 4）对区域空气密度情况进行分析评价。5.1.2 接入电力系统条件接入电力系统条件是风电场能否建设和确定建设规模的重要条件，从尽量减少网损（线损）和入网工程建设成本的角度考虑，风电场宜尽可能靠近电网。风电场接入电力系统应考虑电网现有容量、结构及其可容纳的最大容量，以及风电场的上网规模与电网是否匹配的问题。1 风电场场址选择时应尽量靠近合适电压等级的变电站；2 风电场拟接入电网网络结构应满足风电场规划容量送出的需求，同时兼顾地区电力负荷发展的需要；3 风电场拟接入电网变电站宜有备用间隔可供风电场接入，或系统变电站具备出线间隔扩充条件；4、根据风电场接入系统的入网距离、线路输送容量等，初步评价风电场接入电力系统条件。5.1.3 工程地形地质条件 1 地形因素要考虑风电场场址区域的复杂程序。如多山丘、密集树林区、开阔平原地、水域或兼有等。地形单一，则对风的干扰低，利于风电机组运行；反之，地形复杂多变，产生扰流现象严重，对风电机组出力不利。为满足风资源评估软件（如WAsP）验证地形对风电场风电机组出力产生影响的程度，需考虑场区方圆50km（对非常复杂地区）地形变