王浩宇 王三平 韩 震 巩鑫磊

(中国辐射防护研究院，山西太原 030006)

0 引言

山西水电资源贫乏，主要以燃煤发电为主，由此带来的问题是煤炭资源消耗量大，燃煤排放的SO2、烟尘、氮氧化物对环境造成污染，同时因燃煤发电需水量大，加剧了地区干旱缺水的紧张局面。风电作为一种清洁环保的能源，基本不存在环境污染，在山西风力资源丰富的地区建设风电场，可减少对煤炭和水资源的消耗，保护环境，有利于国民经济的可持续发展。

根据山西省发展和改革委员会制定的《山西省风电开发规划》，山西省风电开发规划总装机容量为3 000万kW，其中“十二五”(2011年～2015年)期间共规划风电装机容量为1 200万kW，“十三五”(2016年 ～2020年)期间共规划风电装机容量为1 800万kW。

目前山西省已建成的风电场大都采用单机功率为1.5 MW及以下的机型，拟建的风电场大都采用单机功率为2.0 MW的机型，而采用单机功率为3.0 MW的风电场无论是已建成的还是拟建的均较少。下面从不同角度分析了采用不同单机机型的特征。

1 风能资源

根据山西省风能资源分布和土地资源情况，山西省风电开发规划涉及北部地区，山西中南部地区等11个市。其主要特点为:风能资源条件良好，各规划风电场风功率密度等级均在2级以上，且风频分布好，年有效风速小时数高，大部分区域70 m高度年有效风速小时达6 000 h左右;各规划风电场50年一遇最大风速一般小于37.5 m/s，风电场安全等级为IECⅡ～IECⅢ，适合选择高效能风力发电机组;区域地质构造稳定，拟选场址多为荒山和荒地，不仅有利于风电场的成片规模化开发和送出电网配套，而且土地利用矛盾少，效率高。根据三种机型的特点，一般情况均可与当地风能资源匹配。

2 土地利用和环境保护

对于总装机容量一定的风电场，采用的单机功率越大，意味着风机数量越少。例如风电场总装机容量为48 MW，应建设单机功率为1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW分别为32台，24台和16台。

风电场建设对生态环境的破坏主要体现在风机、场内施工检修道路、集电线路占地对地表植被、野生动物等的影响。对于单个风机而言，随着功率的增加占地面积也略有增加，由于选用大功率的风机数量上较选用小功率的风机少，因此，对于选用不同单机类型的风场总体而言，选用大单机功率风机占地是最少的。

风电场施工检修道路和集电线路往往是在风电场建设时对生态影响最大的因素，因为检修道路和集电线路需要在各个风机机位之间连接，且道路的宽度必须满足机械设备对风机运输的要求。一般而言，在复杂的山脊型风电场中，机组间距的加大会造成机组间电缆长度、道路长度、电量损耗的增加，进而影响项目的经济性，较少数量的风电机组通常意味着较少的场内检修道路和集电线路。

因此，对于总装机容量一定的风电场，选取大单机功率机型时风机占地、场内施工检修道路、集电线路占地均是最小的，进而造成风场内生态环境破坏量通常也会更小。

例如，华能风力发电公司在繁峙县曾规划建设一期49.5 MW风电场，规划建设单机容量1.5 MW风机33台，项目尚未开工建设，后来从减少土地占用，减小环境影响，并能充分利用当地的风资源的角度考虑，在一期风电场容量不变的条件下，将原来计划建设的33台单机为1.5 MW风机变更为30台单机为1.65 MW风机，缩减了风电场的范围，减少了工程占地。变更前后占地对比情况见表1。

表1 华能风力发电公司繁峙风电一期工程占地情况对比

由表1可知，由于风机台数减少，相应风机占地、场内集电线路占地、施工检修道路占地均较变更前减少。

又如，大唐左权县某风电场工程在可研初期阶段拟定的装机方案为安装单机容量1.5 MW风力发电机组33台，总装机容量49.5 MW，风机分别布置于风场东部和西部的两道山梁上，占地面积相对较大。后经多次现场踏勘与调查发现风场西部的山梁植被生长茂密，有成片的乔木林分布，布置风机将会占用较大面积的成林地，而东部的山梁则植被相对较稀疏，基本没有乔木林分布，较适合布置风机，鉴于此种情况，建设单位提出了替代方案，将装机方案变更为安装单机容量3.0 MW风力发电机组16台，总装机容量48 MW，将风机全部布置于东部的山梁上，以避免占用大量的成林地，减小对生态环境的破坏。

替代方案提出后，原33台风机的西侧涉及占用油松和辽东栎林的风电机组全部移除，替代方案中风机均位于风电场东侧山梁，风机、道路及集电线路的建设将不再占用保护对象油松和辽东栎林。替代方案选择单机容量3.0 MW的机组，虽然增大了设备进场运输和施工难度，增加了施工检修道路宽度，但从生态扰动范围考虑，减少了永久占地25 460 m2、临时占地43 628 m2;避免了永久占用保护对象油松和辽东栎林10 160 m2、临时占用华北落叶松林25 808 m2，大幅减少了项目建设的生态扰动范围，减轻了对保护对象油松和辽东栎林及其森林生态系统的影响。

3 设备的运输条件

山西省山区地形梯度变化较大，风机均处在山梁上且多为单排布置，受沟谷走向及地形条件的影响较大。1.5 MW和2.0 MW型机组的风轮直径通常在80 m～90 m，轮毂高度一般为65 m～80 m;3.0 MW型机组的风轮直径通常在110 m以上，轮毂高度在90 m以上。单机功率较大型机组对设备的进场运输道路提出了更高的要求，对于山体转弯半径较小或山体坡度较大的路段运输大型风机较为困难。即要求更大的转弯半径，这往往成为山区丘陵型风电场建设的较大限制因素。

大功率型风机拥有更大的体积及重量，也需要更大的运输设施和吊装设备。风场大多机位均布置于相对高点的山包上，风机施工时需平整出相对较大的场地以供风机施工及吊装，大功率机型相对小机型也需要更大的吊装场地。结合已建风场的施工经验，对于山区风场，无论从风场道路施工或是风机吊装考虑选用小机型风机可以减少工程施工难度。

例如，华能风力发电公司神池县某风电场拟采用单机为1.5 MW功率的风电机组，而没有采用更大功率的机组主要和当地风能和运输条件有关，主要包括以下方面:

1)神池地区极限风速大，根据预测80 m高极限风速为45 m/s，考虑到风电场的安全运行，不适合使用大功率风机。2)场址条件能够满足1.5 MW机组对于设备运输和安装的相关要求，减少临时占地面积，可以有效降低工程造价、降低工程风险、保证施工安全。a.运输公路中共有几处过水路面，整条路线上90°弯角多处(2.0 MW和3.0 MW风机叶片过长，90°弯道阻碍了风机叶片的运输)。b.现有道路按照乡级公路标准修建的，承重能力有限，2.0 MW和3.0 MW风机机组自身重量过大，易压坏路面。

4 经济效益及技术成熟度

大功率机型风电机组的单位机组投资较大，但同等规模下建设数量少，总投资和总发电量与小功率机型相差不大，因此总装机容量一定的风电场不同功率机型在建设期、建成后的经济成本、效益区别不大。但考虑到目前国内主流风电机组生产厂家对单机1.5 MW和2.0 MW容量的风电机组生产已成熟，各地也已普遍投入安装运行，而国内3.0 MW型机组国内市场虽然日趋成熟，但在山西应用仍较少。

5 结语

1.5 MW，2.0 MW和3.0 MW三种不同机型在风能资源上均适用于山西的山区风场。对于总装机容量一定的风电场，选取大单机功率机型对风场内生态环境破坏量通常也会更小，而从风场道路施工或是风机吊装考虑选用小机型风机可以减少工程施工难度，风电场选用不同功率机型在建设期、建成后的经济成本、效益区别不大。对于山西省风电场，选用2.0 MW单机功率的风机仍是目前的主流趋势。