XX县大库连五道沟单机50MW风力发电项目可行性研究报告.docx
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XX县大库连五道沟单机50MW风力发电项目可行性研究报告
XX县大库连（五道沟）单机50MW风力发电项目可行性研究报告
第一章总论
1.1项目建设的可行性与必要性
风力发电是一种不消耗矿物质能源、不污染环境、建设周期短、建设规模灵活，具有良好的社会效益和经济效益的新能源项目。
近年来，风力发电行业在各国政府的大力支持下，经过七十多年的发展，技术日趋成熟，成为当前最具大规模开发利用和商业化发展前景的可再生能源之一。
内蒙古是我国风能资源最为丰富的地区之一，是国家规划中的七个千万千瓦级风电基地之一，该地区风速大，风向稳定，而且大部分地区地势开阔，适合于大规模开发、安装风力发电机组。
风力发电在乌兰察布市兴和县五股泉风场具有较好的发展前景。
该地区风能资源丰富，且风能大多集中在春冬两季，此时也恰为年用电高峰期，因此，风力发电可以与火电、水电互补起到年调峰的作用。
同时，开发、利用当地丰富的风能资源，不仅有利于改善电网的能源结构，带动地区经济发展。
并且将给发电场带来显著的经济和社会效益。
1.2项目背景
风力发电近年来在我国的发展十分迅速，总装机规模迅速扩大、单机容量不断提高。
单机容量大型化、风电核心技术国产化、以及低成本高效率是我国风力发电行业发展的主要方向。
本工程拟安装的风力发电机组由山东中泰新能源集团有限公司自主研发，具有完全的自主知识产权，其单机容量为50MW。
其子公司内蒙古中泰风电设备有限公司于2011年5月成立，注册资金1000万，负责该项工程的建设。
1.3工程概况
1.3.1设计依据
a）风电场风能资源评估方法
b）风电场工程可行性研究报告编制办法
c）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
1.3.2建设规模
该风电场工程位于内蒙古乌兰察布市兴和县五股泉乡，根据当地风场场区地形条件，设计安装1台50MW的风力发电机组，总投资7.5亿元，风场占地面积约4亩。
计划建设工期为1年。
1.4主要结论
1.4.1风能资源
兴和县属中温带大陆性季风半干旱气候，冬季、夏季分别受蒙古高原和大陆低压控制，气候呈明显的大陆性，具有寒暑剧变的特点。
地区风速较大，大风日数较多。
据1971年至2000年30年有气象资料分析，该风电场平均风速3.7米/秒，最大风速23.7（NW）≥10M/S，大风日数91-00年均64.6天，71-00年均98.6天。
另据测算，五股泉风电场区域内风资源良好，年80米高度年平均风速11.5m/s。
从季节看，春季、冬季都是风电场发电的好季节，尤其是下午时段风能量更大。
1.4.2工程地质
兴和县位于内蒙古自治区中南部，地处晋、冀、蒙三省区交界处，整个地形呈南北狭长状，趋向为北高南低，平均海拔1500米。
拟建风场内地层分布较稳定，未发现不良地质作用，适宜作为建筑场地的使用。
本地区抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05g。
地下水和岩土均对砼无侵蚀性。
1.4.3风力发电机组选型
本工程根据兴和县五股泉风场的风资源条件及地形特点，拟安装1台单机容量50MW的风力发电机组。
1.4.4发电量计算
经测算，本期工程安装1台风力发电机组，年发电量约为3亿KWh，等效年利用小时数约为6000小时。
1.4.5电气部分
机组通过半直驱式同步发电机组发出的30~50Hz、电压为690v的三相交流电输入PWM-A/D整流系统，实现AC/DC稳压及升压变换，再由PWM-D/A逆变变流单元变换成稳定电压和频率的三相交流电，输送入电网。
所选场址具备电网接入条件。
1.4.6土建部分
a）50MW特大型垂直轴风力发电机组为垂直轴阻力型，塔架为柱网结构，分为主柱网和辅助柱网两部分。
风轮系统位于地面30m以上，每台50MW特大型垂直轴风力发电机组均配套建设地面控制室一座（3层），位于地面以上，整个风轮系统下方。
塔架基础的基本尺寸等设计参数的计算严格按GB50135-2006《高耸结构设计规范》有关规定，并参照中泰集团提供的基础参考图经设计校验后进行施工。
b）场区性建筑
为便于风力发电机安装检修及运行维护，在风机前修建5m宽砂石路，并分别与进场公路相连，以形成畅通的安装、检修、运输通道。
本期工程新建、改建风场碎石道路约10km。
1.4.7消防设计
a）依照国家及各部门有关消防规范规定，遵照“以防为主，防消结合”的原则，做到“以自主灭火为主，外援为辅”。
b）主变压器灭火装置：
在变压器附近配置适量的推车式和手提式磷酸氨盐灭火器，以用于主变压器的外部防火需要。
d）风力发电组灭火设计：
风力发电机设置2台手提式磷酸氨盐灭火器。
1.4.8环境影响、水土保持设计
a）节能及环保效应
风能是一种可再生的、清洁的能源。
风力发电是利用当地自然风能转变为机械能，再将机械能转变为电能的过程。
生产过程中不排放任何有害气体，不污染环境。
b）风力发电场污染防治措施
风力发电场内的控制室内建筑采暖，热源采用智能型电暖器，无废气和灰渣排放。
风力发电场的运行和监控在开闭所内进行控制，正常运行时风力发电场工作人员7人左右，生活污水最大排放量为0.5吨/日，无生产废水排放。
风力发电机组布置在距周围村庄500m以外，以降低噪声影响。
c）施工期环境影响及保护措施
由于场址地处丘陵地区，在施工中尽量从减少原有土地扰动的角度考虑选择施工机械，严格限定施工场地和运输路线，防止施工作业活动破坏生态环境。
对施工中可能造成原有土地碎裂的地方，要有相关的技术措施。
以减少破碎化的程度。
对施工中产生的弃土，全部用于场区道路的路基。
施工后在道路两侧及进行绿化，在风机基础周围对坡面进行平整，同时恢复原有植被，防止水土流失。
1.4.9施工组织及进度
兴和县五股泉风电场工程附近交通运输方便，本工程涉及到的主要工程量有：
道路建设、风力发电机基础、斜拉钢缆基础、机组安装、发电机及变压变流设备的安装调试、高压线路建设等。
预计本工程总工期为1年。
1.4.10劳动安全卫生措施
a）防火防爆
工程设计能够保证变电所的防火防爆措施的有效值。
b）防毒防化学伤害
本工程对蓄电池室易产生挥发腐蚀物质的工作场所，设计均采用机械送风、机械排风。
c）防电伤防机械伤害和其他伤害
变电所布置在野外空旷地域，因此变电所设计过程中，采取严格的防雷接地系统，防雷采用了避雷针和避雷器。
d）防暑防寒
凡所内有人值班、办公、生活的房间及工艺设备需要采暖的房间，均设置了采暖设施。
监控室、中心控制室均设置空调。
e）防高空作业跌落事故
施工时必须做好施工作业指导书和施工组织措施，确保施工作业的安全。
1.4.11工程概算
该风力发电场工程建设规模为：
安装1台50MW风力发电机组及相应的配套设施，工程总投资为7.5亿元，由第三方投资。
1.4.12效益分析
a）盈利能力分析
按给定电价0.51元/千瓦时，财务内部收益率（项目投资）大于电力行业基准收益率，财务净现值大于0，从财务评价方面考虑，该项目是可行的。
b）社会效益分析
兴和县五股泉风力发电场的建设，能够带动当地旅游业的发展；有利于增加当地就业机会，增加税收，带动地区经济的发展；
风力发电是新能源项目，符合国家能源产业政策的发展要求。
有利于促进风力发电机组及部件的国产化，加快我国风力发电事业的发展。
因此，建设兴和县五股泉风力发电场不仅具有较好经济效益，同时也具有显著的社会效益
c）环境效益分析
项目建成后，年上网电量3亿度，按照度电耗标准煤350g计算，年节约标准煤10.5万吨，年减排二氧化碳约27.6万吨，减排二氧化硫896吨。
有利于解决能源紧缺的矛盾，减轻环境污染。
1.5结论
综上所述，兴和县五股泉风力发电场，风能资源非常好，外部交通及电网联网条件较好，具备建设大型风力发电场的条件。
风力发电工程是一个一次性投资很大,但运行成本很低，无污染,不消耗矿物质能源的洁净的新能源项目，具有很好的社会效益和经济效益，因此，建议抓紧该项目的立项及建设。
、
第二章场址选择
2.1风资源状况
按照十二五规划的总体目标，兴和县将全力打造六大产业基地，其中清洁能源生产基地是其中之一。
据2006年度《乌兰察布市风电场总体规划》，兴和县风电场总体冠名为“兴和县大西坡风电场”。
地理坐标为东经113°20′-114°7′，北纬40°26′-41°26′。
兴和县五股泉风场在上述范围内。
据1971年至2000年30年有气象资料分析，该风电场平均风速3.7米/秒，最大风速23.7（NW）≥10M/S，大风日数1991到2000年均64.6天，1971年到2000年均98.6天。
数据分析结果表明，各项风能参数指标高、品位好是该风场的特点。
据测算，所选场址80米高度处年平均风速约为11.5m/s，10米高度处年平均风速为6.9m/s，各高度年有效风力小时数超过6000小时。
从季节看，春季、冬季都是风电场发电的好季节，尤其是下午时段能量更大。
2.2场址状况
2.2.1地区社会经济状况
兴和县位于内蒙古自治区中南部，地处晋、冀、蒙三省区交界处，素有“鸡鸣闻三省”之称。
东距首都北京240公里，西距自治区首府呼和浩特市200公里。
是自治区对外开放的南大门，系国务院批准的对外开放县。
兴和县现有5镇2乡，辖161个村（居）委会，867个村民小组。
全县总人口31.48万人，其中乡村人口25.3万人。
人口密度89人／平方公里。
有汉族、蒙古族、回族、满族、苗族、高山族等10个民族，是一个以蒙古族为主体，以汉族为多数的民族居住地区。
2010该县国民经济快速增长，经济实力明显增强，财政状况明显改善。
2010年，全县地区生产总值完成39亿元，同比增长16.4%；规模以上工业增加值完成13.4亿元，同比增长26.6%；固定资产投资完成24亿元，同比增长13.5%；财政收入完成1.33亿元，同比增长6.7%；社会商品零售总额完成15.8亿元，同比增长16.4%；城镇居民人均可支配收入实现13300元，同比增长12.9%；农民人均纯收入实现3070元，同比增长4.1%。
2.2.2地区电力系统现状
乌兰察布电网位于内蒙古西部地区电网中段，是蒙西电网的重要组成部分。
其供电区域包括乌兰察布市及锡林郭勒盟西部地区。
地区现有火力发电厂7座，总装机容量达5330MW（其中6座发电厂已并人蒙西电网，总装机容量为4130MW）：
500kv变电站3座，即汗海变、丰泉变和旗下营变，变电总容量为3750MVA。
形成永圣域-丰泉-汗海-旗下营-永圣域的500kV环网：
已投入运行的220kV变电站12座，变电总容量为3156MVA：
220kV线路32条，总长度1481.079km。
乌兰察布地区自然地理条件特殊，风力资源丰富，截至2009年，风电装机容量达l439MW。
预计2011年风电装机容量将达2233MW。
作为风能资源最为丰富的县区之一的兴和县目前有220千伏变电站1座，110千伏变电站2座，35千伏变电站9座，装机总容量73250千伏安。
按照十二五规划的总体目标，兴和县政府我县将全力打造六大产业基地，其中清洁能源生产基地是其中之一。
目前，兴和县已经建成风电产业园，并且已有兴和县大唐航天风电场首批机组大开始联网发电。
2.2.3地区风电场建设规划
能源工业是乌兰察布市第一大支柱产业，风电又是乌兰察布市能源工业的重点，发展风电产业有得天独厚的风能资源。
乌兰察布市地处正置西伯利亚冷高压和蒙古气旋流向内地的主通道，多寒潮大风，风能资源丰富，是内蒙古乃至全国的风能富集区。
全市11个旗县市区有效风场总面积达6828平方公里，风电技术开发量为2400万KW，具有风能分布面积大、有效风时多、风能品位高的特点，适合规划建设大型风力发电场。
其中，兴和县目前有多个风电场正在建设中，建设五股泉风电场不仅有效的利用了当地丰富的风资源，还可对电网末端起到电源补充的作用，风能作为无污染绿色能源，可以替代部分一次能源，优化电力能源结构，对环境保护起着积极的作用。
风电场建成后，将成为一道独特的景观，为当地增加一个新的旅游景点，在带来经济效益的同时，为电网源源不断地输送绿色清洁能源。
由此看出，建设兴和县五股泉风电场不仅具有较大的经济、社会环境效益，同时还具有重要的政治意义，因此其建设是十分必要的。
2.2.4场区交通运输、联网条件
兴和县地处三省交界处，110国道、丹拉高速公路穿境而过，交通便利。
场址具备大件设备的安装、运输条件，可满足运输风电机组及电气设备的要求。
兴和县政府大力支持风电项目的建设，已有兴和县大唐航天风电场首批机组大开始联网发电，因此，该项目具备大型风力发电场的联网条件。
第三章风资源分析
3.1风电场场址、地形及风力资源概述
拟建场址位于兴和县大库连乡壕欠村委会五道沟自然村附近，该地区地处欧亚大陆中纬度，乌兰察布高原的南端。
风电场总地势是西北向东南逐渐降地，呈现则缓坡形，为浅山五陵地区。
是我国风能资源丰富地区之一，风电场所处地区常年多风，适合风能资源开发利用。
3.2风电场所在地区气象站基本信息
内蒙古自治区乌兰察布市兴和气象站是位于风电场最近的长期气象站，其地理坐标为113°52′、40°53′，海拔高度1254m。
表3.1兴和气象站基本情况一览表
站名
位置
经度
纬度
海拔高度
建站时间
兴和
乌兰察布市
113°52′E
40°53′N
1254
1958年9月
3.3风电场气候概况
该风场电场地区处北温带，属中温带大陆性季风半干旱气候，季、夏季分别受蒙古高原和大陆低压控制，气候呈明显的大陆性，具有寒暑剧变的特点。
地区风速较大，大风日数较多，大风日数年平均45天，多发生在冬春季。
年平均气温4.2℃，最冷月为一月，平均气温零下13.8℃，极端最低气温零下33.8℃；最热月为7月，平均气温19.9℃，极端最高气温36℃。
通常11月上旬或中旬开始封冻，次年3月下旬或4月上旬解冻.
3.4风电场风能资源分析
据1971年至2000年30年有气象资料分析，该风电场平均风速3.7米/秒，最大风速23.7（NW）≥10M/S，大风日数1991到2000年均64.6天，1971到2000年均98.6天。
另据测算，五股泉风电场区域内风资源良好，年80米高度年平均风速11.5m/s。
10米高度处年平均风速为6.9m/s，各高度年有效风力小时数超过6000小时。
从季节看，春季、冬季都是风电场发电的好季节，尤其是下午时段风能量更大。
各项风能参数指标高、品位好是该风场的特点。
总体来看，该风场具备建设大型风电机组的条件。
第四章工程地质
4.1地质勘查依据
（1）勘察合同；
（2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2004）；
（3）《内蒙古自治区工程建设标准》（DBJ03-23-2006）；
（4）《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）；
（5）《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）；
（6）《土工试验方法标准》（GBJ123-88）；
（7）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）；
（8）《工程地质手册》（第四版）；
（9）《建筑工程勘察文件编制深度规定》（试行）。
4.2场地条件
拟建风场地处欧亚大陆中纬度，乌兰察布高原的南端。
总地势是西北向东南逐渐降地，呈现则缓坡形，为浅山五陵地区。
拟建风场内地层分布较稳定,未发现不良地质作用，适宜作为建筑场地的使用。
4.3场地的稳定性和适宜性
场地和地基稳定，适宜进行本工程的建设。
4.4岩土参数的分析与统计
根据钻探、原位测试和室内试验结果进行综合分析、计算，结合地区经验按有关规范，对场地内地基土进行岩土工程评价，给定地基土承载力特征值及各项岩土工程参数。
4.5地震效应
根据《中国地震动参数区划图》、《自治区地震局、建设厅（关于执行中华人民共和国国家标准）中国地震动参数区划图的通知》（内震发〔2001〕149号）及国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），本场地的基本地震烈度6度。
设计基本地震加速度值为0.05g。
据地区经验及以前附近土层剪切波速，场地土类别为中硬土；场地类别为二类；属建筑抗震有利地段。
根椐场地土质和地下水埋藏条件，按《建筑抗震设计规范》规定初判，本场地不进行地震液化判别。
第五章风力发电机组选型和布置
5.1风力发电机组选型
风电场场址位于“兴和县大西坡风电场”的区域范围内。
根据测风资料，该风电场年平均风速较高，属温带季风型大陆性气候区，风能贮量大，具有良好的风能资源优势。
同时由于场址处地势较高、开阔，靠近县级公路，交通运输及安装条件优越。
具备开发建设大型风电场的条件。
当前，世界风电设备以水平轴三叶片式占据主导地位。
随着风力发电机组制造技术的不断进步和完善，在国际风机制造市场上，风力发电机组单机容量逐渐增大，其单机容量从上世纪80年代的50-100千瓦机型，逐步发展到2.0-3.0MW，欧洲3.6MW机组也在安装调试。
我国风电装机以1.5兆瓦的风电机组为主，根据近期我国工业和信息化部组织起草的《风电设备制造行业准入标准》规定：
风电机组生产企业必须掌握风电机组整机设计开发技术，具备生产单机容量2.5兆瓦以上的生产条件和全部生产配套设施才能够建立风电设备生产企业；并且规定严格限制风电机组生产企业引进国外单机容量2.5兆瓦以下风电机组整机技术或购买生产许可证。
因此，我国风力发电行业将面临淘汰落后产能，重新洗牌的局面。
国家将大力支持风电企业向风电技术国产化、单机容量大型化以及低成本高效率的方向发展。
随着风电机组大型化的发展，水平轴三叶片式的风电设备逐渐受到设计结构和技术瓶颈的制约：
一是偏航及叶片变距技术存在瓶颈，风机易受损；二是整体结构设计存在缺陷，难以提高单机发电容量；三是年运转时间短，效率低，运营效益差；四是运输安装不便，维修保养困难。
我国风力发电技术更是存在单机容量小、制造成本高、运营商亏损、安装和维修不便、依赖国外技术等问题。
我公司自主研制成功的垂直轴风电设备攻克了当前风力发电机组存在的技术瓶颈。
该机组单机容量10-100兆瓦，年发电时间5000小时以上，发电成本在0.3元/kWh以下。
该项技术有多项专利分别获得国家授权或进入实质性审查阶段，并已申报国际专利。
本期工程根据该风力发电场的风资源条件、地形特点并结合我公司的技术条件，拟安装单机容量较大的风力发电机组。
该机组与其他机型的比较结果见表5.1。
表5.1风电场风机选型比较结果表
序号
项目
单位
机型
水平轴1.5MW
水平轴3MW
我公司50MW机型
1
风场总装机容量
MW
49.5
48
50
2
台数
台
33
16
1
3
购机费用
万元
722
2210
63100
4.
风场总投资
亿元
4.5
5
7.686
4
年等效满负荷利用小时数
小时
2500
2500
5000
5
年上网电量
亿KWh
12375
12000
25000
6
电价
元/KWh
0.61（内蒙古乌兰察布市标杆上网电价）
7
年收入
万元
6311.25
6120
12750
8
经营期度电成本
元/KWh
0.30
0.35
0.175
9
投资回收期
年
12
19
7
为了便于比较，按风电场总装机容量设计为50MW进行计算，水平轴设备的购机费用参照《华锐风电首次公开发行A股股票说明书（申报稿）》中产品销售价格情况。
根据业主的意向和对风资源利用率考虑，安装50MW机型的风力发电机组对风资源利用率最高，另外，从用地面积上来看，当前主流机型1.5MW的水平轴风力发电设备安装33台机组用地面积约为37平方公里，而在同等面积的土地上，可完成15台50MW机型的安装，总装机容量可达750MW。
表5.250MW机组的主要特性及参数表
序号
内容
单位
规格
1
制造厂家
山东中泰新能源集团有限公司
2
机组类型
特大型垂直轴阻力型
3
额定功率
MW
50
4
切入风速
m/s
3
5
额定风速
m/s
8
6
泄风风速
m/s
25
7
发电机
半直驱式永磁同步风力发电机
8
额定电压
V
690
9
电网频率
Hz
50
10
逆变器
IGBT逆变器
11
风轮高度
m
120
12
总高度
m
160
5.2风力发电机组安装位置
兴和县五股泉风电场为起伏加大的丘陵场地，为了获得较大的发电量，风机主要根据场地处的实际地形选择安装位置，拐点坐标为A：
E113°39’48”,N41°14’30”;B：
E113°39’49”,N41°14’28”;C：
E113°39’50”,N41°14’31”;D：
E113°39’51”,N41°14’29”。
5.3发电量估算
本工程拟安装1台50MW的风力发电机组，年等效满负荷利用小时数为6000小时，年发电量为3亿kwh。
第六章电气部分
6.1供电设备配置
根据预选的50MW风力发电机组的特性，选择使用半直驱式永磁同步风力发电机组，其最大发电功率不超过额定容量的10%，功率因数为-0.95-+0.95。
系统的整流和逆变过程使用国内生产的PowerWinvertTM系列产品，该产品已实现了功率从600KW到5MW的定型，已是成熟技术。
当半直驱式永磁同步发电机组全部或部分投入运行状态时，发出频率为30～50Hz、电压为690V的三相交流电输入PWM-A/D，由PWM-A/D实现发电机侧的AC/DC稳压及升压变换，PWM-A/D整流系统由各自的PWM变流单元组成，采用多重化PWM技术，实现多台PWM的并联，优化了波形。
再由PWM-D/A逆变变流器变换成稳定电压和频率（f=50Hz）的三相交流电经变压器升压后输送到电网。
6.2控制及多机发电系统
控制系统从风力机所配置的所有传感器提取信息，这些信息包括发电机主轴的转速信号（由旋转编码器获得）、整机的运行平稳程度（由机身上的震动传感器获得）、各主要运动和承力部件的温度信号（由温度传感器获得）、各发电机组的运行时间（通过监视控制该发电机运行部件的标志位的运行时间获得）；控制系统应能检测像超负荷、超转速、过热等失常现象，并能随即采取相应措施。
随风速变化控制多台发电机的运行是较为关键的控制过程之一。
在这一控制过程中，完成的控制目标有两个：
一是在转速增大时逐台增加发电机的运行数量；二是控制系统中发电机组运行时间，防止某台机组单独运行时间过长。
为达到这一目标，PLC将首先根据从编码器获得的转速信号（此信号对应中心齿轮的转速）判断投入运行的发电机台数或是否有发电机投入运行。
当某台发电机组运行的时间到达系统的设定值时，机组投入运行的逻辑顺序将发生改变。
运行时间最长的机组将其逻辑顺序排位最后，如此循环。
如果中心齿轮的速度高于系统（设定）的上限速度，制动系统将工作，将中心齿轮的转速钳制在系统要求的速度以内。
6.3防雷保护及接地
特大型垂直轴风力发电机组风轮主轴的顶部轴承组上面设置避雷针，并通过钢质外壳。
在风力发电机组周围应设置以垂直接地极为主的环型接地网。
风力发电机组接地网的接地电阻不大于4Ω。
6.4风机监控系统
风电场整个机组配置一套监控系统，系统分为中央监控和机组就地监控单元，中央监控可在风电场控制室对各台发电机进行集中控制，也可远方（风电公司）等地方通过电话网络对风电场风力发电机组进行遥测、遥信。
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