Industrial Research | 行业研究
风光设备循环利用 · 47
关闭风电场会造成该地区的资源浪费;另一方面,风电场
的退役成本涉及到原有设备处置费用、生态修复费用、拆
除过程中的排污费用,以及可能的环境污染补偿费用,这
些费用是否或者多大程度上由原风电场投资主体承担,目
前并没有完善的政策支持和保障体系。综上所述,虽然老
旧风电场的生态修复具有社会公益价值,但关闭老旧风电
场是否是改造最优选择仍需进一步讨论。
第 2 种技改增效改造方式,老旧风电场施行起来也存
在困难。一是老旧风电场的经济效益一般较差,很难筹措
到足够的资金继续投入;二是对超过运行年限的风电机组
进行大修、零部件维修或更换时,由于 90 年代风电机组
大多是从欧美引进,导致零部件采购困难;三是改造后的
旧风电机组的容量一般仍会低于目前的先进风电机组,容
量提升不足。在风电场总装机容量不变的情况下,通过将
叶片加长或加装叶尖小翼、定桨升级变桨、优化风电机组
运行模式进行技改增效,对处于运营末期风电场而言,可
使其发电量提升 70% ~ 100%,但继续技改带来的效果翻
倍的空间较小,且相比于“以大代小”改造方式的提升效
果有限。
综上所述,技改增效和“以大代小”这两种改造方式
均可以延长风电场寿命周期,增加或延长风电场的发电功
率、发电性能及可持续性。只采用“以大代小”改造方式
则可能出现“一刀切”、重复投资、资源浪费的风险,而
技改增效方式对风电场发电量提升的帮助不大。因此,应
在综合评估比较两种改造方式的投资成本、收益等关键指
标后,采用单独或组合实施的方案。
3.2 改造时注意的要素
1) 风电场改造时,场地重新平整、集电线路改造、道
路拓宽、设备运输等过程会对原地表植被、土壤湿度、景
观优势、生态群落稳定性、物种多样性破坏,因此应采取
有效的预防和恢复措施。
2) 风电场改造时可能对周围野生动物,尤其是鸟类产
生影响,可以利用既有风电场对鸟类进行观测、分析,采
取适当的缓和策略,必要时启动改善鸟类周边环境的补偿
机制。
3) 改造时应重视由于国家、省市对生态红线的重新
划定而引起的场界超出生态保护红线,以及国家林业和草
原局《关于规范风电场项目建设使用林地的通知》( 林资
发 [2019]17 号 ) 发布后所出现的新的林地侵占问题,要足
够重视生态保护、坚决避开生态红线。
4) 风电场改造时,应保证噪声水平符合 GB 3096—
2008《声环境质量标准》和 DL/T 1084—2021《风力发电
场噪声限值及测量方法》等规范的要求,减少噪声对厂界
声环境及附近居民区的影响。
5) 重视风电场改造和调试过程中危险废物的产生、收
集、贮存、运输和处置,应严格落实 GB 18597—2023《危
险废物贮存污染控制标准》等相关法律法规,探索并建立
废弃电池、油污、风机叶片等危险废物分级、分类绿色回
收处置、资源循环再利用体系。此外,风电场中风电机组
的架设变动还会改变原有空气动力学的粗糙度,进而影响
边界层湍流运动,改变陆地表面的物质能量强度、近地层
大气之间的水分交换模式;风电机组尾流效应还会导致大
气中热量通量和水汽通量的变化,进而表现为温度、降水、
风速的改变。
3.3 影响改造效果及收益的因素
老旧风电场改造涉及一系列的直接和间接因素,这些
因素单独或耦合后对风电场及其机组安全运行、持续获利
会产生正面或负面影响。此外,单一风电场的改造还可能
涉及到对风电场群的影响,应在改造时予以充分考虑。由
于上游风电场布局参数、规模参数等改变所引起的最大尾
流损失、风电机组间距改变对下游风电场的影响,应开展
场群协调控制技术研究。
3.3.1 影响改造效果的因素
1) 风电机组布局。通常采用“以大代小”改造方式时
会对风电机组布局进行优化,改造时拆除老旧风电场中单
机容量小且发电效率低的风电机组,在已拆除机位中选择
风能资源较好的安装位布置大容量风电机组,或者异位重
新排布。调整布局前,通过优化模型得出最优的布置方案,
提升风电场的整体风能利用率和综合经济效益。
常见的优化模型包括:Jensen 尾流模型、Gaussian
尾流模型、Park-Gauss 模型等,以及针对这些模型的小
生境遗传算法、网格 - 坐标化遗传算法、AD 修正方法、
RANS 修正方法。
2) 塔筒稳定性。塔筒是风电机组的支撑结构,其稳定
性和可靠性直接影响该机组的运行安全,且其制造成本约
占整机的 15% ~ 20%。因此,除了在风电场改造前期对
风电机组荷载进行分析外,还应考虑极端天气对塔筒气动
荷载的影响,具体包括风轮上气动荷载、塔筒自生风载、
风电机组变桨距荷载等情形。
3) 基础稳固性。利用既有风电机组技改时的机会,需
要重新检查混凝土基础的承载能力及混凝土与基础环的紧
固质量,必要时采取加固措施。研究表明,基础环下法兰
处的混凝土,以及钢板与混凝土的接触面都是薄弱部件,
在疲劳往复荷载的作用下,薄弱区域可能会遭受气蚀损伤;
混凝土浇筑时容易在基础环下法兰处出现不密实或脱空
区。因此,风电机组改造时,一是应采取加固措施保证现
有基础的承载能力,二是应采取基础环与锚栓复合连接等
方式加强基础环和钢筋与混凝土基础的握裹作用。
4) 边坡地形。采用“以大代小”改造方式时,通常需
要在原有风电机组机位上进行土建施工以应对塔基荷载变
大的情形,这在客观上会造成地形改变,通常是出现人造
高边坡地形 ]。边坡地形易改变区域流体的湍流强度,产
生较大的风切变,乃至形成尾流涡旋区,影响风电机组的
安全运行和发电效率。
5) 雷击风险。风电机组改造,一般会提升轮毂的高度,
这就使暴露在大气环境中的叶片、塔筒、电气设备、机舱
遭受雷击的可能性变大。雷击会损坏风电机组系统设备,
扰乱风电场的正常运行,造成经济损失甚至人身伤害。因