风电场工程设计手册分析说明终稿可编辑.docx
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风电场工程设计手册分析说明终稿可编辑
风电场工程设计手册分析说明终稿
FD
中国华电集团新能源发展有限公司企业标准
风电场工程设计导则
（试行）
DesignGuidelinesofwindpowerprojects
2010年9月13日发布2010年10月1日实施
中国华电集团新能源发展有限公司发布中国华电集团新能源发展有限公司
风电场工程设计导则（试行）
第一章总则1
编制目的1
编制依据1
适用范围1
第二章设计阶段划分及设计一般原则3
设计阶段划分3
设计一般原则5
第三章风电场选址7
资料搜集、整理7
风能资源普查7
风力发电场的宏观选址7
风力发电场测风8
风力发电场场址选择原则10
第四章风电场可行性研究12
可行性研究报告的编制和审查12
风电场工程品级划分和设计安全标准12
工程地质13
计划装机容量13
风电机组选型13
风电场年发电量估算18
电气19
土建工程21
环境保护和水土维持22
消防25
可研概算27
财务评价32
第五章风电场初步设计39
初步设计报告的编制和审查39
风力发电场整体布局39
风电机的微观选址41
风力发电机基础43
变电站建筑部份47
电气部份59
风电场集电线路64
施工组织设计66
交通工程71
初步设计概算75
第一章总则
编制目的
为规范和增进中国华电集团新能源发展有限公司风电场工程建设工作,统一和规范公司所属风电场工程设计标准,以追求合理的工程投资取得最佳的经济效益和社会效益为目标,制订本设计导则。
编制依据
国家和行业有关设计标准、规程和规范,具体见【附录】。
中国华电集团公司及中国华电集团新能源发展有限公司相关管理规定。
适用范围
本导则适用于中国华电集团新能源发展有限公司及其全资、控股公司所属或管理的新建（含扩建）的风力发电工程设计,参股项目可参照执行。
本导则适用于装机容量为20MW级及以上或以35kV及以上电压品级并入电网的陆上风电场（含位于连年平均大潮位以上的沿海风电场）工程设计工作,其他规模和离网型陆上风电场及海上风电场工程设计可参考执行。
风电场工程设计一般包括风电场和变电站两部份,风电场工程接入系统设计按有关规定执行。
本导则仅就主要设计内容进行说明,未尽部份应依照国家和行业现行规程规范执行,知足相关规程规范要求。
本导则为企业指导性标准,如与国家强制性标准相矛盾,应按国家标准执行。
本导则由中国华电集团新能源发展有限公司负责解释。
第二章设计阶段划分及设计一般原则
设计阶段划分
划分一般原则
按照国家有关规定,结合本公司特点,风电场工程设计阶段一般划分为工程计划、预可行性研究、可行性研究（含项目核准申请报告）、初步设计、施工图设计、完工图设计等阶段。
适用阶段
本导则仅就风电场设计一般原则、风电场选址、可行性研究设计和初步设计别离进行说明;工程计划、预可行性研究和施工图设计、完工图设计等可参照国家和行业相关规程规范执行。
各阶段工作内容
1可行性研究阶段:
1）肯定工程任务和规模,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）选择风电机组选型,提出风电机组优化布置方案,计算发电量;
5）按照风电场工程接入系统方案,提出风电场和变电站电气设计方案;
6）拟定消防方案;
7肯定工程整体布置、中央控制室的结构型式、布置方案和主要尺寸,拟定土建工程方案和工程量;
8）肯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）环境保护和水土维持设计;
11）劳动安全和工业卫生方案;
12）编制节能减排方案;
13）可研设计概算;
14）经济评价。
2初步设计阶段
1）按照微观选址功效和设计要求,进行风电场补充测量和地质详勘;
2）按照最新地形地质勘探功效和风能资源测量分析结果,优化肯定风电机组的微观位置,复核发电量;
3）肯定轮毂设计高度,提出塔架设计方案;
4）进行风电机基础设计,提出风电机基础设计方案;
5）进行机组变基础设计,提出基础结构型式和配筋设计方案;
6）肯定集电系统电气主接线,选择肯定机组变、开关、熔断器、避雷器等（或箱式变电站）、电力电缆（导线）、杆塔等主要设备材料的型号、规格。
按照路径计算线路长度和杆塔数量等;
7）提出风电机组塔架、机舱、叶片吊装方案（含主要吊装设备清单）、设备堆放布置、吊装平台设计、风电机组基础及风电场变电站施工方案等,细化施工工期,编制施工网络进度图。
8）对风电场内外交通道路进行布置与初步设计;
9）进行变电站及站内建筑、安装工程设计,提出总平面布置和竖向布置等;
10）初步设计概算;其中,初步设计中未涉及的项目（如消防、环保等）按可研概算功效纳入初步设计概算。
设计一般原则
符合国家法规原则
风电场设计必需遵守国家有关法规的规定,应严格按国家最新规定的核准制程序进行。
设计文件应符合有关规章制度规定的内容和深度要求。
近期建设与远期发展相结合原则
风电场设计应结合工程的中长期发展计划进行,正确处置近期建设与远期发展的关系。
安全性、合理性、先进性原则
风电场设计应本着安全靠得住、经济合理、技术先进等原则,结合地域特点,在确保工程安全的前提下,踊跃推行、采用成熟的新技术、新设备、新材料、新工艺,尽力提高自动化水平。
统筹、节约、环保和安全原则
1风电场工程设计应充分利用处区已有设施,统筹考虑分期建设情况,避免重复建设。
2风电场工程设计应落实环境保护和水土维持办法,减少工程建设对环境和植被的破坏;
3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办法;
第三章风电场选址
资料搜集、整理
从地方各级气象台、站及有关部门搜集的有关气象、地理及地质数据资料,对其进行分析和归类,从中挑选有代表性的完整数据资料。
其中包括能反映该地气象特征的连年（一般很多于30年）平均值和极值,如平均风速和极端风速、平均气温和极端气温、平均气压、雷暴日数等。
风能资源普查
对搜集的资料进行进一步分析,按标准风能区域、风功率密度品级,初步肯定风能可利用区。
10m高度有效风功率密度在100W/m2以上属于可开发区域。
风力发电场的宏观选址
按照风能资源调查与分区的结果,选择最佳的场址,全面考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地利用和环境等因素,力求增大风力发电机组的输出,提高供电的经济性、稳定性和靠得住性,最大限度减少各类因素对风能利用、风力发电机组利用寿命和安全的影响。
风力发电场测风
为了正确评价拟选风力发电场的风能资源情况,取得代表性风速风向资料,了解不同高度风速、风向转变特点和地形地貌对风的影响,必需进行实地测风。
现场测风应持续进行,至少持续一年以上,有效数据不得少于90%。
测风塔数量依地形和项目规模而定。
测风的位置,应选择在风电场内风能资源具有代表性的位置。
测风位置周围应无高大建筑、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维持在最大高度的10倍以上。
测风设备的数量,应依风场规模及场内地形的复杂程度而定。
对于地形较为平坦、容量在50MW以下的风场,可选择一处安装测量设备;对于地形较为复杂或容量超过100MW的风场,应选择二处及以上安装测风设备。
测风塔安装的高度不该低于拟安装的风力发电机组的轮毂中心高度,一般为70m。
风电场多处安装测风塔时,其高度可按10m的整数倍选择,但至少应有一处测风塔的高度高于拟安装的风力发电机组的轮毂高度。
安装在测风塔上的测量仪器包括:
风速传感器、风向传感器、气压传感器、温度传感器和数据收集器等设备。
只在一处安装测风塔时,测风塔应安装至少四层风速、风向传感器,其中两层应选择在10m高度和拟安装的风力发电机组的轮毂高度处（或其以上位置）,其它层可按10m的整数倍高度安装,通常会选择在30m和50m高度。
不得对现场收集的原始数据进行任何的删改增减。
对下载的数据应及时进行复制和整理,应对数据进行初判,看其是不是在合理范围内。
测风数据的合理范围和数据有关性及转变趋势见下表:
表数据合理范围
主要参数合理范围
平均风速0m/s≤小时平均风速<40m/s
风向0°≤小时平均值<360°
平均气压（海平面）94kPa≤小时平均值<106kPa
表数据有关性
主要参数合理相关性
50m/30m高度小时平均风速差值50m/10m高度小时平均风速差值50m/30m高度风向差值<°
表数据转变趋势
主要参数合理变化趋势
1h平均风速转变<6m/s
1h平均气温转变<5°
1h平均气压转变<1kPa
在数据整理进程中,发现数据缺漏和失真时,应当即与现场测风人员联系,认真检查测风设备,及时进行设备检修或改换,对缺漏和失真数据应说明原因。
特殊的地理和气象条件要对风力发电机组提出特殊的要求,如海拔超过2500m,最大风速超过50m/s或极大风速超过70m/s,气温低于零下20℃,积雪、积冰、雷暴、盐雾或沙尘多发地域等。
风力发电场场址选择原则
场址区年平均风速较大。
拟建风电场地面以上70m高处,年平均风速一般应大于6m/s;海拔超过2000m的高原地域,应大于s;对于风电电价较高的地域（高于元/kWh）,可适当放宽,但不该低于s。
场址区场地开阔,地质条件较好。
场地开阔便于大规模开发和运输、管理。
良好的地质条件可有效减少基础工程投资。
场址对外交通运输方便。
场址选择应按照风电机机舱重量、叶片长度等充分考虑大件运输的可行性及对投资的影响。
风电场并网条件良好。
应符合电网计划,电力消纳能力知足风电场建设规模的要求,尽可能靠近电网,减少送出工程投资。
土地征用方便。
风电场单位容量布机区域的面积一般为200~400m2/kW,土地征用面积约为布机区域面积的1%,应尽可能避开大体农田、养殖区、自然保护区及军事基地或国家重要设施。
对环境影响小。
风电场布置应考虑风电机噪声对周围居民的影响,机位一般应布置在民居300m之外。
第四章风电场可行性研究设计
可行性研究报告的编制和审查
风电工程可行性研究报告由有资质的咨询、设计单位完成。
可行性研究报告具体内容和深度应依照国家发改委《风电场工程可行性研究报告编制办法》（发改办能源〔2005〕899号）和《风电场工程可行性研究报告设计概算编制办法及计算标准》（FD001-2007）执行。
风电场的计划选址依照《风电场场址选择技术规定》进行。
在风电项目的可行性研究报告编制完成后,主机设备招标采购前,应组织咨询单位或专家对可研设计进行审查,为编制项目核准报告创造条件。
风电场工程品级划分和设计安全标准
风电场工程等别应按照装机容量和变电站电压品级划分为四等,当装机容量和变电站电压分属不同的等别时,工程等别应按其中较高的等别肯定。
表风电场工程等别划分
工程等别工程规模装机容量（MW）变电站电压等级（kV）
I大
（1）型300500
330
II大
（2）型300
100220
III中型100
50110
35
IV小型5035
按照工程等别和规模,肯定建筑物级别和建筑物结构安全标准。
工程地质
分析拟建风场的风的形成原因及类型,有无破坏性的飓风等。
调查拟建风场50年一遇最大洪水位（内涝）及地震品级,对风电机及变电站有无潜在的危害。
勘查拟建风场的地质情况、地下水位等,按照地形地质条件复杂程度,一般选择很多于5处有代表性地段进行地质钻探,以拟定风电机基础、建筑物及设备基础的选型和场内道路布置等。
计划装机容量
按照本地政府批准用地范围及测风数据,用相关软件对风场进行计划装机容量估算。
按照肯定的风电场计划装机容量,提出风电场分期开发方案。
风电机组选型
按照所搜集的有关风能资料和工程地质资料,对技术成熟的风电机进行比选,通过对可选择机型进行机组价钱、电气设备费用和施工费用等方面的经济技术比较,结合风电场风资源和地形特点,考虑风电机叶片、塔筒等大件运输对道路和安装场地的需求等。
风电机设备选型主要应考虑以下几方面因素:
1连年平均风速和极限风速;
2设备运输及吊装方案的可行性与经济性比较;
3按照本地气象条件肯定是不是选择低温型（或采取低温办法）风电机组;
4机组的运行稳定性;
5机组运行保护、备品备件采购与改换方便性;
6估计在项目建设阶段设备生产厂商主要机型的市场供需情况。
整机技术要求
机组输出端电网条件
1电压范围为额定电压（1±10%）;
2频率范围为:
48Hz?
:
每次频率低于时要求至少运行10min;
?
:
持续运行;
?
51Hz:
每次频率高于时,要求至少运行2min。
3电压对称性,即电压不平衡值应维持在电压负序分量与正序分量的比例不超过2%;
4每一年电网停电应小于20次,每次最长停电持续时间应不超过3天。
性能要求
1机组的切入风速应小于s,切出风速应大于等于20m/s;
2机组的额定风速应知足JB/T10300的要求;
3机组在额定工况时,其输出功率应大于或等于额定功率;
4机组须具有低电压穿越能力;
5机组运行在不同的输出功率时,机组的可控功率因数转变范围应在~+之间;
6机组应具有通过中央监控系统进行有功功率在线调节的能力;中央监控系统应具有风电场有功功率在线调节能力;
7机组应知足项目所在地电网提出技术要求。
整机的靠得住性要求
1机组主要部件设计寿命应大于或等于20年;
2单台机组年可利用率应大于等于90%;
3整场机组年平都可以利用率应大于等于95%。
机组动特性要求
1机组在所有设计运行工况下和给定利用寿命期内,不发生任何机械及气体动弹性不稳定现象,也不产生有害或过度的振动;
2机组在正常运行范围内塔架振动量不该超过20mm/s。
噪声要求
机组在输出功率为1/3额定功率时排放的噪声（等效声功率级）应小于或等于110dBA;在对噪声有要求和限制的区域,机组综合排放的噪声应符合该区域所执行的相关标准的规定。
可保护性与可维修性要求
在机组要保护的部位应留有调整和保护的空间,以便于保护;机组及零部件在质量合格的前提下应具有维修、调整和修复性能;塔架高度超过80m的机组应为保护人员配备安全的提升设备。
外观防护要求
机组及部件所有外露部份应涂漆或镀层,涂镀层应表面滑腻、牢固和色泽一致;用在风沙低温区或近海盐雾区的机组,其涂镀层应考虑风沙或盐雾的影响。
安全要求
1机组的安全防护应符合的要求;
2机组为了防雷应有良好的导电通路,塔架需有靠得住接地装置,接地电阻应小于4Ω;
3电力线路、电气设备、控制柜外壳及次级回路之间的绝缘电阻应大于1MΩ;
4在电网停电紧急停机时,所有刹车装置应自动按程序投入,且机组停机时的所有状态参数应能记录保留;
5机组应配备必要的消防设备、应急设备和安全标识。
功率输出
1在正常工作状态下,机组功率输出理论值的误差不该超过5%;
2当风速大于额定风速时,持续10min功率输出应不超过额定值的110%。
刹时功率输出应不超过额定值的125%。
通信要求
1投标机型当场控制及中央监控系统通迅协议对外完全开放,即可实现全数信息、数据及指令的上传与下传功能。
2中央监控系统应具有标准对外通信接口,并知足IEC?
61400-25通信规范和标准OPC数据接口规范。
风电机组的低温型和常温型选择
低温和常温型机组主要区别在设备的材质上。
低温机型适用范围为-40℃~45℃,常温机型适用范围-25℃~45℃。
若风电场最近二十年的年最低温度低于-25℃时,应选择低温机型,不然应选择常温机型。
机型的选择
按照风场内轮毂高度的安全品级的风况类别选择风力发电机组,通过风能资源分析结果,得出风电场场区内轮毂高度的安全品级的风况类别。
按照轮毂高度的安全品级的风况类别选择适用此风况的风力发电机组类型。
风况的安全品级类别见下表所示:
表风况安全品级类别表
风况类型ⅠⅡⅢS
Vref（m/s）50Valuesspecified
bythedesigner
AIref-
BIref-
CIref-
注:
S级特殊情况的类别由设计者肯定;
Vref是轮毂高度处10分钟平均50年一遇最大风速;
Iref为风速为15m/s时的平均湍流强度。
风电机组的容量选择,按照风电场内的建设条件、场区的建设面积、设备运输条件,选择单机容量在必然范围内的风电机组。
在挑选出的风力发电机组范围中,按照代表年风资源数据、风场地形图、本地情况下机组的功率曲线及推力系数、不同高度的年平均风速、塔筒重量、风电机组基础造价、道路及安装难易度等方面,通过理论发电量及财务初步分析,选择度电本钱较低、运行保护本钱较低的风电机组作为风电场的可选机型。
风电场年发电量估算
风力发电场理论年发电量估算方式主要采用计算机模型估算法。
利用WAsP软件等风资源计算软件,估算风力发电场中各台风力发电机组的理论年发电量。
对于复杂地形的风资源评估,推荐采用非线性风资源分析软件。
上网年发电量估算在理论年发电量估算基础上进行以下修正:
1空气密度修正。
相同的风速条件下,空气密度不同则风力发电机组输出不一样,生产厂家应按照本地空气密度调整功率曲线;倘厂家无法提供时,可按照风功率密度与空气密度成正比的特点将空气密度对应下的功率估算曲线估算结果乘以空气密度修正系数。
其中,空气密度修正系数计算公式为:
空气密度修正系数平均空气密度（风力发电场所在地）/标准空气密度m3）;
2尾流修正。
由计算软件自行生成,一般尾流影响折减系数约为5%;
3控制与湍流折减。
一般控制与湍流强度系数取5%左右;
4叶片污染折减。
一般取3%左右;
5风力发电机组可利用率。
一般取95%;
6厂用电、线损能量损耗。
一般取3~5%;
7周边风电场对发电量的影响。
一般由计算软件按如实际情况进行折减;
8气候影响停机。
按照风力发电场所在地实际情况进行折减。
电气
风电场主接线设计方案按照风电机组单机容量和出口电压品级肯定,一般选用一机一变,通过技术经济比较选定若干台风电机组成一组,按照风电场装机容量肯定组数,再按照组数肯定风电场专用变电站高压进线柜的数量,并按照风电场计划装机容量预留扩建的余地。
在风电场接入电力系统设计完成并通过审查和风电场主接线设计完成后,才能考虑风电厂集电线路、升压变电设备及通信和控制设备的定货。
集电线路一般采用架空线路形式,当风场环境和景观有特殊要求时可采用电缆。
变电站一般采用敞开式设备,场地狭小或沿海等特殊地域为避免盐雾侵蚀可采用GIS,需对运行保护等方面费用进行技术经济比较后肯定。
风电场接入系统设计的内容和深度依照国家电网公司《国家电网公司风电场接入电网技术规定（试行）》和《国家电网公司风电场接入系统设计内容深度规定（试行）》执行。
风电场接入系统设计由业主方单独委托有相应资质设计院完成。
接入系统设计应按照风电场所在地的电力系统计划、地域风电场计划、风电场近几年建设计划和工程布置等具体条件,肯定风电场与电力系统连接的方式、输出电压品级、出线回路数、输出容量和配套输变电工程等。
风电场接入电力系统设计应包括电气一次、电气二次和通信和远动接入电力系统的具体要求。
土建工程
风电机组地基基础设计
应贯彻国家技术经济政策,坚持因地制宜、保护环境和节约资源的原则,充分考虑结构的受力特点,做到安全适用、经济合理、技术先进。
按照风电机组单机容量、轮毂高度和地基复杂程度,地基基础分为一、二、3级三个级别,设计时按照具体情况按《风电机组地基基础设计规定》（FD003-2007）采用。
风电机组基础型式主要有扩展基础、桩基础和岩石锚杆基础,具体应按照建设场地地基条件和风电机组上部结构对基础的要求肯定。
必要时需进行试算或技术经济比较。
本地基土为软弱土层或高紧缩性土层时,宜优先采用桩基础。
沿海滩涂地域风电机基础型式选择应综合吊装平台布置要求肯定。
抗震设防烈度为8度及以上,或参考风速超过50m/s的风电场,其地基基础设计应进行专门研究。
变电站设计
变电站总布置须综合考虑电气输电线路布设、对外交通、现场地形地质情况等多方面因素。
在变电站整体布置时,除考虑主要生产部份的主体功能外,还应结合风电场的建设规模、人员配置、管理模式、办公、生活等辅助功能,统筹安排。
变电站设计时应按风电场计划容量一次设计,分期建设。
辅助工程及配套设施应一次建设完成。
变电站内一般设生产综合楼和生产辅助楼,也可以二者归并。
变电站生产综合楼建筑物及主要承重构件的耐火品级应在二级以上,建筑物结构应按照本地条件选择砖混结构或框架结构。
建筑物布置应考虑给排水及污水处置要求。
环境保护和水土维持
一般规定
风电场（含变电站）的场址选择,应符合国家环境保护、水土维持和生态环境保护的有关法律法规的要求。
风电场的环境影响评价、环境保护工程设计必需贯彻《环境影响评价法》等国家公布的有关环境保护的法令、条例、标准和规定。
在项目预可研阶段应进行环境影响简要分析;在可行性研究阶段应按照经审批的环境影响报告书（表）的要求,在工程的可行性研究报告中落实有关环境保护的办法;在施工图设计阶段应提出防治污染的工程办法图纸和设计文件。
可行性研究设计中经审定的环境保护办法,如需变更,必需征得原主审部门的同意。
风电场设计中应对废水、噪声、电磁辐射等污染因子采取必要的防治办法,减少其对周围环境的影响,变电站站区及周边地域应进行适当绿化,恢复和改善变电站周围地域的生命环境。
电磁辐射污染防治
风电场选址时注意避开微波传输的路径。
变电站及进出线的电磁辐射对环境影响应符合GB870二、GB9175和GB15707等的规定,和现行的HJ/T24要求。
在变电站的设计中应选用电磁辐射水平低的设备。
设备及配件的加工应精巧,外形和尺寸合理,避免出现高电位梯度点。
变电站进出线方向应选择避开居民密集区,主变压器及高压配电装置宜布置在远离居民侧。
变电站周围高压危险区域设置相应警告。
噪声预防
衡量风力发电机组的噪声水平有两个指标:
一个是声源的声强水平,另一个是接受声音处的声压水平。
声强水平描述声源的强度,声压水平则描述噪声传送到任何一点的情况。
现代大型风力发电机组制造商提供的典型声强水平值的范围在95dBA到105dBA。
声强水平随风速转变,所以与风力发电机组的运行状态有关。
大风吹过灌木和树林时产生的噪声会掩盖了风力发电机组的噪声,对于噪声评估来讲低风速是关键,厂家通常提供的是8m/s风速时的声强水平。
距离风电场350m处声压水平的典型值是35-45dBA。
风电场噪声首先应从声源上进行控制,要求设备制造部门提供符
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