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走近大国工程丨在藏北高原“追风”探访全球超高海拔地区装机规模最大风电项目
浏览次数:101   发布时间:2/6/2024 4:14:38 PM

位于藏北高原的那曲欧玛亭嘎风电场(局部)。

风电机组吊装现场。

风机叶片运输途中。

工作人员正在安装发电机螺栓。

风机基础混凝土浇筑作业中。(以上图片均由受访者提供)

 

那曲地处西藏的北大门,是全国五大牧区的重要组成部分,素有“江河源”“中华水塔”之称,平均海拔在4500米以上。气候、自然、交通等条件较为恶劣,为什么要在这里建设风电场?在藏北高原“追风”有多难?建设者们如何突破重重难关?让我们一起去探访。

与时间赛跑、经受高原极端环境考验

让寒风变绿电那曲冬更暖

“世界屋脊”青藏高原,土地面积广阔,自然资源丰富,风能是最为重要的能源资源之一。但与全国其他地区相比,西藏电力工业发展相对滞后,那曲作为我国海拔最高的城市,受地理位置和气候条件等因素影响,电源建设起步晚,电网比较薄弱,冬季电力供应紧张,用电取暖还是件很奢侈的事情。那曲风电场就是为解决这一问题而建。 

“作为西藏2023年电力保障性项目,那曲风电场必须在当年建成,且只能成功、不能失败。”时隔一年,国家能源集团西藏电力有限公司那曲分公司工程建设部负责人田江伟依旧清楚地记得这句话。这是去年初公司全体干部职工接到的指令,“开局即冲刺、开战即决战,我们要和时间赛跑。”

招投标和建设用地审批是项目备案后、开工前最紧急的工作。“1个多月完成了施工、设计、监理等环节招投标,15天备齐40多项资料拿到动土许可,各项工作紧凑高效,仿佛开了‘倍速’。”原以为从去年4月20日正式动工开始,一切就能恢复正常,但田江伟说这不过是又一个开始。

一般来说,在理想条件下建设一个10万兆瓦风电场至少需要一年。那曲风电场平均海拔4650米,其风机采用25台单机容量4兆瓦的陆上直驱风力发电机组,总装机量达100兆瓦,想要“超额”完成任务,时间压力可想而知,超高海拔的极限考验超乎想象。

含氧量降低。“人和机器都出现了‘高反’,降效严重。原本几分钟就能完成的工作,在那曲至少要半个小时。”田江伟介绍,效率打折,就要在量上“补救”。“为了保证进度,项目调度了更高功率的机械,投入成倍的人员力量。”

高寒疾风、天气变幻无常。每年10月至次年4月是强风、冰雪期,不具备施工条件。因此必须抢抓有利窗口期,“能早动一点是一点,多动一点是一点”。除此之外,“上一秒晴空万里,下一秒风雨来袭”更是家常便饭。令田江伟印象深刻的是一次叶片吊装,当叶轮对接发电机时狂风骤起。“风突然从四面八方吹来,风速从3米每秒一下子提升到30多米每秒,当时我们所有人的心都提到嗓子眼,简单商议后便立即决定所有人拉着缆风绳不动,让叶轮抵靠发电机作临时支撑,就这样撑了3个多小时。”

超高海拔区长冬无夏,昼夜温差大,最温暖的时候温差可达20摄氏度,中午也得穿着厚外套。正是由于温度的起伏变化,土层反复冻融,这无疑加大了混凝土浇筑难度,稍有不慎就会出现裂缝,甚至在受力后破坏内部结构,造成断层、冷缝等质量事故。

高原的严苛条件无法改变,项目建设者唯有日夜坚守,积极试验,找寻应对办法。“这是第一次在超高海拔地区建设如此大规模风电项目,绝大多数参建者都没有高原施工的经验,大家得‘摸着石头过河’。”田江伟介绍,通过该项目建设,团队研发并成功应用了超高海拔高性能纤维混凝土,掌握了超高海拔地区大体积风机混凝土施工工艺,同时总结了高海拔混凝土强度增长慢、易裂缝等问题预防经验,保证了浇筑质量。

攻破基础浇筑难题,只是项目团队精诚协作、艰苦奋战的一个缩影。在过去8个多月时间里,建设者们奔波劳碌、爬冰卧雪,通过藏北高原的重重考验,让寒风变绿电、那曲冬更暖。

自主研发“智选”平台、量身打造风电机组

国产设备打破技术封锁解决建设难题

那曲风电场场址位于那曲市色尼区那曲镇境内,接近市中心。在此处建风电场又是出于什么考量?

主要是结合当地资源禀赋特点,从实际需求出发。中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司那曲风电项目负责人郭宗强解释,那曲电网能源结构以光伏为主,不仅极不稳定,一到冬季,夜间光伏发电能力明显下降,无法满足用电需求,电力缺口较大。“色尼是负荷中心,在这里建立风电场作为电力保障,可以实现区域电源电站风光互补。”

确定那曲镇只是风电场选址的第一步,为了使风能资源利用最大化、降低开发成本,还要根据风资源评估结果进一步缩小范围,即所谓微观选址。这并非易事。

“那曲的风速风向变化无常,‘毫无章法’,强劲的大气湍流使得周边空气压强、速度、温度起伏大,风资源评估难度较大。”东方电气风电股份有限公司风电研究设计院整体解决方案负责人杨奎滨说,微观选址工作并没有受此影响,因为使用了公司自主开发的“风能智选”平台。

“‘风能智选’就像一个参谋,通过建立覆盖全球的高分辨率气象格点数据库,对接分析地理信息、机型、测风等6类数据,提供从测风、选址、风资源精准评估到风电场规划的一体化设计,解决超高海拔地区风资源评估困难和选址布机难的问题。”杨奎滨介绍,从2019年至今,东方电气始终致力于“风能智选”平台的建设开发,不仅打造出适应我国的风电应用场景,更打破了风资源工业软件的国外垄断,解决了风电工业软件“卡脖子”问题。

解决了选址问题,如何在世界之巅实现风与电的顺利转换?那曲风电场依靠的是强大“科技心脏”——25台DEW-D4000-172型永磁直驱风电机组。据了解,这组高塔架风电机组是为风电场量身打造,它们身型统一,给人的第一印象是身材高挑:距地面约100米高的风机轮毂,扫风面积相当于3.3个标准足球场大小的叶轮,长度达84.5米的叶片。

从性能上来看,风电机组“身体棒、不缺氧、无高反”,发电能力强——

直驱风电,把“有气无力的风”更好地转化成能量。通常而言,风能大小与空气密度成正比,高海拔地区空气密度大约只有平原地区的一半,同等条件下发电功率更低。“‘直驱’减少风能转换的中间环节及损耗,通过湍流预估、风向预测偏航、智能失速检测技术,提高转化效率,攻克叶片失速等难题,实现机组在复杂地形的稳定、高效运行。”东方电气风电股份有限公司风电研究设计院副院长曾志说。

紫外线、低温、风沙雨雪的考验,也都对风电机组叶片性能提出了更高要求。曾志介绍,研发设计团队针对这一问题,优化了叶片气动外形,并按20年寿命要求的标准,采用一系列防紫外线技术,抑制油漆老化开裂以及外露部件加速老化。

山地区域高湿环境下,风电机组启动工作所需最低电压相对较高,电气元件容易因绝缘电阻降低导致电气短路故障。为此,研发设计团队进行了人工高海拔气候模拟试验技术分析,多物理场仿真及多因子老化评估,对发电机的绝缘结构、耐压等做了定制化设计,为变流器等主要电气元件优化了加热除湿技术。

超高海拔地区,如何知道风电机组是否正常运行?智能监测诊断系统和集群控制系统来帮忙。每台风机都配置了智能监测诊断系统,可采集机组传动链、叶片、塔筒及螺栓运行高频信号,结合智能算法分析及专家诊断,预警大部件运行潜在风险并提升运维能力。集群控制系统则通过功率预测数据参与风电场能量控制,根据能量需要,分配各风机做多少功、发多少电。“智能监测诊断系统就好比风机的‘医生’,集群控制系统如同‘管家’,都是具有自主知识产权的智能管理系统。”曾志说。

据统计,那曲风电场正式投运以来,已为当地供电180万千瓦时。羌塘草原的风点亮了千家万户的灯,于我国风电行业而言,该风电场全容量投产,不仅是超高海拔地区风电开发史上的一大进程,更是一次超高海拔地区风电技术的重大突破,对于推动高海拔风机研发应用和高海拔风电项目规模化开发具有重要示范作用。

严格执行草皮剥离要求、精心养护管理

努力把工程施工对环境影响减至最低

西藏是我国重要的生态安全屏障、清洁能源资源接续基地。当前,当地得天独厚的能源优势得到长足发展,据国网西藏电力有限公司透露,2023年藏区清洁能源发展迅猛,总体占比超90%,西藏电网基本实现清洁能源供电。

高原清洁能源的发展潜力,比想象中更为强劲。但高原的生态环境比想象中更加脆弱。

高原牧区,草地是畜牧业发展的关键。“这里养分循环慢、土壤生成速度慢,植被更新速度慢,如果破坏了牧草生长,很长时间都无法恢复,会让当地牧民非常心疼。”国家能源集团西藏电力有限公司那曲分公司安全环保部负责人袁正勇告诉记者,那曲风电项目在设计之初就把环保问题考虑在内,努力把工程施工对环境的影响减至最低,确保原有景观不受破坏,地表水和地下水水质不受污染,草原植被得到有效保护,噪声、振动和扬尘的环境影响得到有效控制。

该项目占地面积14万平方米,免不了要动土开荒。为了最大限度保护草原植被,建设者严格执行草皮剥离要求,把场内40公里新建道路、25台风机机位处草皮连同根部土壤一并剥离。

采访时,袁正勇向记者展示了一张草皮剥离堆存的图片:在新建道路两旁,是一块块整齐摆放的草皮,上面覆着一层防沙网。“每块草皮剥离的厚度为30厘米,经专家建议,我们借鉴高原地区临时存放经验,将草皮就近平铺存放,以避免过度转运造成伤害。”

临时存放在路边的草皮会派专人进行养护、管理,防止人员、车辆践踏和牛羊啃食,还会定期根据土壤含水量进行洒水养护,并根据草皮的长势适当施肥。待到复绿阶段,通过建设恢复示范点,试验恢复成效,总结实践经验,再大范围推广。

此外,在建设期间,建设者通过洒水、清洗、封闭、集中收集等方式,做好弃渣、扬尘、废水和施工废弃物处置管理。

建设者们对西藏生态环境的守护,在风电场投产后得到延续,并带来显著的环境效益。据了解,风电场每年所提供的清洁电能,相当于节约标准煤6万吨,减少二氧化碳排放量16万吨。它的建成进一步减少对化石燃料的依赖,降低对环境的破坏和污染。

来源:中央纪委国家监委网站 陈瑶(版权归原作者所有,侵权请联系小编删除。本文旨分享,非商用。)