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风电场一期工程初步设计
初步设计说明书
第一章综合说明
1.1概述
山东省简称鲁，省会济南市，总面积15.78万km2，水域面积约2100km2，东西相隔700km，西起东经114°19＇，东至东经122°43＇；南起北纬34°22＇，北至北纬38°23＇，南北直线距离420km。
西部连接内陆，从北向南分别与河北、河南、安徽、江苏四省接壤；中部高突，泰山是全境最高点；东部山东半岛伸入黄海，北隔渤海海峡与辽东半岛相对、拱卫京津与渤海湾，东隔黄海与朝鲜半岛相望，东南则临靠较宽阔的黄海、遥望东海及日本南部列岛。
近年来山东成为中国经济最发达的省份之一。
烟台市地处山东半岛东部，位于北纬36°16＇～38°23＇，东经119°34＇～121°57＇处，北面渤海，南临黄海。
地形除中部为浅山区外，大部分为丘陵。
平原面积约占23%，多分布在临海一带。
流域面积在300km2，以上的河流7条。
烟台市全市总面积13746km2，人口638万，海岸线总长909km。
烟台市依山傍海，自然条件得天独厚，物产资源十分丰富。
*市市位于胶东半岛西北部，地理坐标为北纬36°59＇～37°28＇，东经119°33＇～120°18＇，西与北濒临*市湾，东与东南和招远市、莱西市接壤，南依大泽山与平度市为邻，西南隔胶莱河与昌邑县相望。
现辖16处镇、街道，总面积1878km2，人口87万。
*市属北温带东亚季风区大陆性气候，四季分明，光照充足。
*市自然资源丰富，堪称藏金埋玉之地，已发现矿产资源30多种。
某风电场工程（以下简称“某风电场工程”）位于*境内，东经120°01＇22″～120°05＇54″，北纬37°25＇07″～37°27＇09″之间，海拔高度为3～9m，风场规划面积约12km2。
地形平坦，微向海域倾斜，并有海积砂坝微地貌景观，区内有海岸防护林分布。
某风电场工程共分两期建设，总装机容量96MW，一、二期工程装机容量均为48MW，安装单机容量为2000kW的风电机组24台。
*电力工程咨询院有限公司受*风电场有限公司的委托，承担*风电场某风电场工程一期工程项目初步设计。
主要工作内容包括风能资源分析、工程地质、项目任务和建设规模、风电场风电机组的布置、发电量估算、风电场电气、土建工程、施工组织设计、工程管理设计、环境影响评价、工程投资概算和财务评价等。
1.2风力资源
某风电场工程一期工程位于*市市*镇，*镇位于山东半岛*市湾畔，北濒渤海，东临招远市，*镇属沿海平原。
*市市属暖温带季风大陆性气候，春季回暖快，多风雨水较少，夏季雨热同季、降水集中，秋季日照充足、多晴好天气，冬季寒冷，雨雪稀少。
。
10m高度处盛行风向为S、次盛行风向为SSE；盛行风能方向为NE、次盛行风能方向为NW；40m高度处盛行风向为SSE、次盛行风向为SE；盛行风能方向为NE、次盛行风能方向为SSE。
70m高度盛行风能方向为SSE、次盛行风能方向为SE。
风电场主导风向为SSE，次主导风向为SE，主能风向为SSE，次主能防线为SE，主导风向与主能风向一致，有利于风电机组的排布，风电机组的有效利用率较高。
具备一定的商业开发价值。
1.3工程地质
本区在大地构造单元上隶属华北地台区之胶辽台隆的胶北断块隆起区。
本区地层属鲁东地层分区，区域地层发育不全，区内出露地层有太古界胶东群、元古界蓬莱群、中生界侏罗系、白垩系、新生界第三系和第四系。
缺失中元古界、古生界地层。
太古界胶东群遍及胶东半岛，广泛分布于北部沿海丘陵，为一套变质火山沉积岩、混合岩和混合花岗岩、变质熔岩及岩浆杂岩组成。
本区胶东群地层主要出露蓬夼组、民山组地层，岩性为黑云片岩、黑云变粒岩、斜长角闪岩、大理岩、黑云斜长片麻岩等。
该地层遭受了强烈的区域变质作用，混合岩化较强。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2019），该区地震动峰值加速度为0.10g（相对应的地震基本烈度为7度）；地震动反应谱特征周期为0.40s（对应于中硬场地土）。
1.4项目任务和规模
*一期风电场属国家可再生能源项目，风力发电作为可再生能源资源之一，除了向电网提供电力能源外，还具有促进我国风电机制造产业发展、保护环境、旅游、推动当地经济发展等综合效益。
某风电场工程建设的主要作用是向电网提供电力资源，所以，本工程的开发任务以发电为主。
*一期风电场装机规模为48MW，按国家相关技术规范设计，共安装24台单机容量2000kW风电机组，场址范围为东经120°*′*″～120°*′*″，北纬37°25′*″～37°27′*″之间，海拔高度为3～6m，风场规划面积约12km2。
场区地形平坦，微向海域倾斜，并有海积砂坝微地貌景观，区内有海岸防护林分布。
本项目规划场区及其周围没有国家级动植物，而且风场场址附近既没有名胜古迹，也没有宗教场所，远离军事基地。
烟台电网位于山东电网的东部，供电范围为五区七市一县，总供电面积13745km2。
烟台电网最高电压等级为交流500kV，现已形成以220kV为主干的供电网络，通过500kV寿光～光州双回、潍坊～莱阳、崂山～莱阳、220kV大兴～掖县、古柳～莱西、莱阳～莱西、莱阳～双桥共八回线路与省网相联，通过500kV栖霞～昆嵛双回、220kV桃村～车道双回、宁海～戚家共五回线路与威海电网联接。
截至2009年底，烟台电网总装机容量4175.9MW，其中统调公用电厂3座：
百年电力990MW、烟台电厂700MW、蓬莱国电660MW；地方公用火电厂17座，总装机容量392MW；企业及乡村自备电厂12座，总装机容量1001.1MW；风电场12座，装机容量432.75MW。
1.5风电机组的选型和布置
综合考虑目前国内外风力发电机组的制造水平、技术成熟程度、实际运行情况、价格水平和施工机械的吊装能力等因素，针对风电场的具体情况，选择不同单机容量4种风力发电机组的优选进行发电量、经济技术等指标对比分析，建议采用2000kW机型，轮毂安装高度80m。
根据本风电场风资源和现场考察的情况进行微观选址，通过Wasp8.2软件计算分析，考虑空气密度、风机利用率、功率曲线、控制和湍流强度以及风电场内能量损耗、气候的影响等因素，对风电场上网电量进行修正。
经计算，24台风电机组年上网电量是为9102.7万kW.h，年单机等效满负荷运行小时数为1896小时，平均容量系数为0.2165。
1.6电气
*一期风电场总体规划装机100MW。
本期装机容量为48MW，拟安装24台单机容量为2000kW的风力发电机组。
根据《*风电场*市风电有限公司金城风电场一期（48MW）工程接入系统设计》，*一期风电场接入系统方案为：
在*一期风电场内新建一座220kV升压站变电站，经过一回220kV线路接入蚕庄地区风电公共升压站220kV变电站，线路长度约18km，采用LGJ-400导线。
最终接入系统方式以审查通过的本工程接入系统审查意见为准。
本工程风力发电机组拟采用一机一变单元接线方式，本工程共需安装24台箱式变电站，其高压侧均采用电缆并联T接至架空线方式。
风电场内风力发电机组-箱式变电站共分为3组，分别连接7台、8台和9台风机，最终接入风电场场内220kV升压变电站35kV母线侧。
*一期风电场配套建设一座220kV场内升压变电站，规划安装一台100000kVA的有载调压变压器，变压器型号为SZ10-100000/220，本期上一台主变。
220kV侧主接线采用线路变压器组接线方案，由一回220kV线路送出。
35kV侧主接线采用单母线接线方式。
风电场采用计算机监控，风力发电机组计算机监控系统由风力发电机组厂家配套提供，专供风力发电机组的自动监视和控制。
220kV线路、主变压器、35kV线路的集中监控和调度部门远方监控“五遥”功能由升压站综合自动化系统完成。
1.7工程消防设计
风电场消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的消防方针，提出“以水灭火为主，化学灭火为辅及其他方式灭火相结合”的原则，针对工程的具体情况，采用先进合理的防火技术，以保障安全。
消除大火隐患，创造良好的消防环境。
1.8土建工程
二期工程风电场布置了24台2000kW的风力发电机。
各风机之间的距离纵横向约300米，每台风机旁边设一台箱式变压器，风机之间新建道路直接或通过乡村公路与G206国道相连接。
1.9施工组织设计
施工用水、生活用水、消防用水可考虑在场址附近低洼处打机井，并可作为升压站运行后的生产、生活用水。
也可考虑从附近村庄机井引水，供水距离1～3km。
施工用电可以从附近的配电网架引接至工地。
交通条件：
水、陆、空交通条件便利。
施工方案：
机舱及塔架用400t履带吊车吊装，现浇砼工程采用现场机械搅拌，机械振捣。
施工布置原则：
路通为先，线路跟进的原则
分区划片，合理交叉的原则
质量第一，安全至上的原则
文明施工、创新增效的原则
高效快速、易于拆除的原则
施工承包商通过招标选用有资质的队伍承担，各种作业必须选用有施工资质及经验的施工队伍承担，必需配备有大型施工机械，普通工可由就地招用，建筑材料可由就地采购。
1.10工程管理
*风电场在风电场二期工程建设中将组织参与各分项工程（变电所土建、变电所电气工程、通信工程、架空线路工程、风力发电机组基础工程等）的管理工作，有土建、项目管理、财会等各种专业技术人员专门负责整个工程的管理工作。
另外，在现场将常驻现场人员负责处理日常运行、维护和故障排除工作。
风场工程管理内容主要包括生产指挥系统管理、安全管理、人员培训管理，技术管理，备品备件及工具的管理。
生产指挥管理是风电场运行管理的重要环节，主要以场长负责制和总工程师负责制为领导的技术负责制的组织措施，具有“小而全，少而精”的管理。
安全管理坚持以“安全生产，预防为主”的方针，建立健全安全监察机构，并严格按照DL796－2019《风力发电安全规程》的标准执行。
人员培训管理实行进场实习培训和岗前实习培训。
生产、生活供水设施主要包括员工的日常生活用水设施，基本无生产用水，可由附近村庄的自来水解决。
工程管理区绿化规划：
每台风力发电机组和集控室周围将根据环境，种植花草和松树覆盖荒地表面，以恢复建设前植被。
本风电场机构设置和人员编制推荐如下方案：
全厂定员标准12人。
其中管理人员4人，主要负责风电场和变电站的管理工作；其他人员8人，主要负责风力发电机组巡视、日常维护和值班等。
1.11环境保护和水土保持设计
风力发电是清洁、无污染的可再生能源，其生产过程是利用自然风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程，不会损害和污染环境。
风力发电机组安装在开阔地带，全部为未利用的荒地，同时每台风电机组基础仅占用较小的面积，不会对当地的生态环境有所影响。
本期风电场推荐选用的单机容量最大为2000kW风力发电机组，该机组噪声声级多在96～104dB（A），根据噪声声级随距离的加大而衰减的特性，单台风力发电机组应远离居住区200m，噪声声级已衰减到国家标准（45dB）以内，本风电场场区500m范围内，并无居住区，故机组运行噪声及施工噪声对周围环境基本无影响。
预计建成投产后每年可为电网提供清洁电量，本项目的建设对于保护环境、减少大气污染具有积极的作用，并有明显的节能和社会效益，成为地方经济又一个新的增长点。
该项目投入营运后，不产生废水，生活污水产生量很小，对水环境影响很小。
1.12节能
*风电场某风电场工程工程建成后，全年总供电量（上网）达9102万kWh，与同容量燃煤发电厂相比，每年可节约标煤3.12万吨，减少二氧化硫排放量523.94吨，一氧化碳约为7.11吨，氮氧化物为785.95吨；减少排放二氧化碳（温室效应性气体）为7.2万吨，减少粉尘排放量65.45吨。
1.13劳动安全与工业卫生设计
为积极开展各项预防性的工作防止安全事故发生，依照DL796－2019《风力发电安全规程》的标准，建立劳动安全生产管理制度。
在施工过程中，建立安全责任制、进行安全教育与培训、实施安全检查以及实施施工作业标准化。
施工期间，风力发电机组开始安装前，施工单位应向建设单位提交安全措施、组织措施、技术措施，经审查批准后方可开始施工。
安装现场成立安全监察机构，并设安全监督员。
风电场施工及建设期间建立安全生产监督制度，坚持以“安全生产，预防为主”的方针，主要包括建立和健全安全生产检查制度、安全生产通报制度、领导定期检查制度、重点隐患和危险源监控制度、安全教育培训监督制度等方面。
风电场在建成投产后，主要预防灾害为自然灾害和工业灾害，包括防火防爆、防触电、防静电和机械伤害等事故。
本工程设计中各个专业均遵循国家有关安全生产的规定，对可能采取的事故拟定了预防性措施，在自然灾害事故发生时可以将损失降到最低，并对工业灾害进行有效预防，最大限度保证工作人员和财产安全。
1.14工程设计概算
本工程主要经济指标如下：
工程静态投资：
42896万元；
单位千瓦静态投资：
8937元；
工程总投资：
46076万元；
单位千瓦总投资：
9599元。
1.15财务评价
财务评价是在国家现行财税制度和价格体系的基础上，对项目进行财务效益分析，考察项目的盈利能力、清偿能力等财务状况，以判断其在财务上的可行性。
本项目预计累计发电等效满负荷小时数的上网电价为0.5773元/kW·h（含税），全部投资财务内部收益率6.41%，资本金内部收益率8%。
本工程具有较好的偿债能力和一定的盈利能力，财务指标可行。
1.16结论
通过对*风电场某风电场工程一期工程的初步设计研究工作，对风电场进行风能资源分析，合理地布置风电机组，经过论证、比较，优选了风电场主接线方案，并从施工角度推荐了工程早见成效的施工方法。
经过工程概算和财务分析，测算并评价了该工程可能取得的经济效益。
研究结果表明：
兴建本工程在技术上是可行的，经济上是合理的。
1.17附图、附表及附件
1）*风电场某风电场工程风电项目工程位置图：
2）风电场工程特性表
表1.17-1风电场工程特性表
名称
单位（或型号）
数量
备注
风
电
场
场
址
海拔高度
m
3-6
经度（东经）
东经1
见附图
纬度（北纬）
北纬之间
年平均风速（轮毂高度）
m/s
6.47
风功率密度（轮毂高度）
W/m2
315.7
盛行风向
SSE
主
要
设
备
风
电
场
主
要
机
电
设
备
风
电
机
组
台数
24
额定功率
kW
2000
叶片数
3
风轮直径
m
82.6
风轮扫掠面积
m2
5356
切入风速
m/s
3
额定风速
m/s
12
切出风速
m/s
25
轮毂高度
m
80
风轮转速
Rpm
7.5～19
额定电压
V
660
主要
机电
设备
箱式变电站
油浸式三相双卷自冷式升压变压器，型号为S11-2150/35
24
升
压
变
电
站
主变压器
型号
SZ10-100000/220
1
出线回路数及电压等级
出线回路数
回
1
电压等级
kV
220
土
建
风电机组基础
台数
台
24
型式
混凝土浅基础/桩基
地基特性
中软场地土
箱式变电站
基础
台数
台
24
型式
混凝土浅基础
施
工
工
程
数
量
土石方开挖
m3
32847.84
混凝土
m3
12654.60
风电机组设备基础钢筋
t
1609.0
新建公路
km
15.5
改建公路
km
/
施工期限
总工期
月
12
机组发电
/
概
算
指
标
工程总投资
万元
45186
单位千瓦静态投资
元
8937
单位千瓦总投资
元
9599
机电设备及安装工程
万元
33058
建筑工程
万元
4887
其它费用
万元
3816
基本预备费
万元
1135
建设期利息
万元
847
经
济
指
标
装机容量
MW
48
年上网电量
万度
9101
年等效满负荷小时数
小时
1896
平均上网电价（不含增值税）
元/kW·h
0.4934
平均上网电价（含增值税）
元/kW·h
0.5773
资本金利润率
%
11.78
项目投资财务内部收益率
%
6.41
项目投资财务净现值
万元
33.38
资本金财务内部收益率
%
8
资本金财务净现值
万元
0
投资回收期
年
11.78
资产负债率
%
80.14
第二章风能资源
2.1概述
*市市位于山东半岛西北部，西临渤海*市湾，地理坐标为东经120°05´44″～120°09´05″，北纬37°26´25″～37°27´26″之间。
*市市西与北濒临*市湾，东与东南和招远市、莱西市接壤，南依大泽山与平度市为邻，西南隔胶莱河与昌邑县相望，总面积1878km2，拥有108km长的海岸线。
*市市属暖温带季风大陆性气候，春季回暖快，多风雨水较少，夏季雨热同季、降水集中，秋季日照充足、多晴好天气，冬季寒冷，雨雪稀少。
某风电场工程一期工程位于*市市*镇，*镇位于山东半岛*市湾畔，北濒渤海，东临招远市，*镇属沿海平原，地理位置处于E120°06′，N37°25′，年平均气温为12.4℃，日照小时数为2669h。
某风电场工程一期工程拟选场址北濒临*市湾，表现出一定的程度的海洋气候特征。
本章内容根据以下国家或部委标准进行编写：
1）《风电场风能资源评估方法》（GB/T18710-2019）
2）《风电场风能资源测量和评估技术规定》（发改委【2019】1403号）
3）《风电场风能资源测量方法》（GB/T18709-2019）
2.2*市气象站
2.2.1基本情况
*市气象站位于*市市城东北望海楼（乡村），地理坐标为N37°11′，E119°56′，海拔高度为48.4m，于1959年1月1日建站。
气象站距*一期风电场场内测风塔距离约30km。
测风仪器2002年4月1日由EL型测风仪器更换为EN型测风仪器，2019年由EN型测风仪器更换为单翼、风杯EC9-1型测风仪器，风速感应器距地面高度由10.0m变为10.5m，并于2019年开始进行人工站与自动站的同期对比观测。
图2-1、图2-2为*市气象站照片。
根据气象站的资料，该站多年平均气温为13.1℃，多年极端最高气温为40.1℃，极端最低气温为-16.7℃，多年平均气压为1011.5hPa，年平均雷暴日数为21天。
*市气象站基本气象参数值见表2-1。
表2-1*市气象站气象参数值统计表（近30年）
气温
多年平均（℃）
13.1
多年极端最高
40.1
多年极端最低
-16.7
气压
多年平均气压（hPa）
1011.5
多年平均水气压（hPa）
11.9
湿度
多年平均相对湿度（%）
63
其它
年最大积雪深度（cm）
20
极端最大冻土深度（cm）
68
年雷暴日数天
21
大风日数天
0.9
冰雹日数天
0.5
结冰日数天
100
图2-1*市市气象站
图2-2*市市气象站测风仪器图
2.2.2气象站风向玫瑰图
根据*市气象站提供的风向数据进行列表作图。
表2-2*市气象站近30年风向玫瑰数据表（%）
方位
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
百分比
4
7
4
4
3
5
6
7
方位
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
百分比
14
13
2
2
2
5
5
4
图2-3*市气象站近30年风向玫瑰图
由表2-2、图2-3可知，*市地区多年平均盛行风向为S，所占比例约为14%，次盛行风能方向为SSW，所占比例约为13%。
2.2.3多年年平均风速
*市气象站近30年年平均风速年际变化见表2-3，气象站近30年平均风速年际变化见图2-4。
表2-3*市气象站近30年年平均风速（m/s）
年份
年平均风速
年份
年平均风速
年份
年平均风速
1979
3.5
1989
3.2
2019
2.1
1980
3.2
1990
3.1
2000
1.9
1981
3.6
1991
3.0
2019
2.0
1982
3.5
1992
2.8
2019
2.4
1983
3.4
1993
2.6
2019
2.4
1984
3.4
1994
2.5
2019
自动站：
2.1
人工站：
2.3
1985
3.4
1995
2.5
2019
自动站：
2.2
人工站：
2.6
1986
3.4
1996
2.2
2019
自动站：
2.1
人工站：
2.5
1987
3.8
2019
2.1
2019
自动站：
2.1
人工站：
2.3
1988
3.3
2019
2.1
2019
自动站：
2.1
人工站：
2.3
图2-4*市气象站近30年年平均风速直方图
*市气象站近30年年平均风速为2.8m/s，近20年年平均风速为2.4m/s，近10年年平均风速为2.3m/s，近5年年平均风速为2.4m/s。
图2-5*市气象站人工站与自动站数据相关性分析图
表2-4人工站与自动站对比观测情况表（m/s）
年份
自动站观测数据（m/s）
人工站观测数据（m/s）
2019
2.1
2.3
2019
2.2
2.6
2019
2.1
2.5
2019
2.1
2.3
2019
2.1
2.3
对人工站与自动站对比观测数据进行相关性分析，得出相关方程如图2-5所示，根据相关方程对现场同期记录（2019年11月1日～2009年10月31日）的气象站年平均风速订正后为2.4m/s，比近30年年平均风速低0.4，与近20年年平均风速一致,与近10年年平均风速接近，与近5年年平均风速一致。
2.2.4累年月平均风速
由表2-5和图2-6可知，*市气象站近30年大风月为3～5月，小风月为7～10月。
表2-5*市气象站近30年月平均风速（m/s）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
风速
3.1
3.1
3.5
3.9
3.5
3.2
2.8
2.4
2.4
2.6
3.2
3.2
图2-6*市气象站近30年月平均风速直方图
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