风能是指空气流动所产生的动能,是太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,在水平气压梯度的作用下,空气沿水平方向运动形成风。风能是可再生的清洁能源,储量大、分布广,但它的单位体积内的包含的能量低,并且不稳定。在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。
风电的定义 即风力发电,属于可再次生产的能源,清洁能源,风力发电是指把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能。
风能作为一种清洁环保、储量丰富的可再次生产的能源,能有效减弱工业化社会对矿物燃料的消费依赖,降低碳排放,在应对气候平均状态随时间的变化和实现可持续发展方面具备极其重大意义。如今,风力发电已成为可再次生产的能源领域中技术成熟、产业链完善、发展的潜在能力巨大的重要发电方式之一;随着风电产业链的持续丰富、有关技术慢慢的提升以及度电成本的进一步下降,风力发电的优越性已被慢慢的变多的国家所重视,全球风电行业正迎来持续快速地发展的历史性机遇。
目前,全球风电市场主要集中于亚洲、欧洲与美洲。从各国分布来看,截至2023年末,我国风电累计装机容量占全球总规模的约43%,是全球风电累计装机容量第一大国,其余排名前五的国家分别为美国(占比16%)、德国(占比7%)、印度(占比5%)、西班牙(占比3%),该前五大国家的累计装机容量合计超过全球总量的70%。
风能是我国十分重要的自然资源。我国充分的利用自身疆域辽阔、风能资源丰富等优势,积极布局,全力发展风力发电。如今,风电已成为中国可再次生产的能源架构中的重要板块。
行业增速方面,我国风电行业正处于快速发展阶段。依照国家能源局统计数据,2014-2023年间,我国风电累计装机量的年均复合增长率约为18.42%,远高于同期全球11.94%的复合增长率;2023年我国新增风电并网装机量为75.90GW。
总体规模方面,我国已经是全球风电装机容量第一大国,截至2023年末,我国累计风电装机量已达441.34GW,约占全球装机总量的43%。
在全球各国发展低碳经济、倡导绿色能源的环境背景下,目前全球能源消费由化石等非可再次生产的能源主导的局面将难以为继,全球能源面临整理结构性调整,清洁型可再生新能源的开发利用成为各个国家的战略重心和投资热点。风电作为新能源发电中重要支柱之一,在各国战略层面的地位举足轻重,世界各国采取积极措施推动本国风电产业链的发展。从全球电力来源结构变动情况来看,风能发电在过去10年间占比逐渐上升,且增速高于其他可再生能源。
2022年1月,发改委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》,规划提出,到2025年,非化石能源消费比重提高到20%左右,非化石能源发电量比重达到39%左右;全方面推进风电等非化石能源的大规模、高质量发展。
(2)我国风电行业步入“平价上网”发展新阶段,风电度电成本持续下降,助力风电行业长期向好发展
由于我国风电行业起步时间较晚,相关设备及技术积累欠缺且早期主要设备依赖进口,导致发电成本相比来说较高,盈利较弱。因此在发展初期,我国政府出台了一系列行业政策及法规对风电上网电价进行补贴,以促进风电行业的快速发展。随着行业的持续不断的发展及相应技术水平的提升,风电建造成本下降,我国后续逐步减少及取消补贴,直至如今实现风电的“平价上网”。补贴战略在我国风电行业早期的发展过程中发挥了及其重要的作用,弥补了行业发展初期盈利性较弱的问题,有效的促进了国内风电行业的快速成长;现如今已经成功完成其历史使命,补贴退坡未对风电行业中长期发展的新趋势造成不利影响。
随着风电产业链的逐渐完备、行业技术的更新迭代、零部件的国产化以及风电装机量迅速增长后带来的规模效益,风电装机成本、风电场投资和经营成本持续降低,风电成本较行业发展初期有较大幅度下降。目前,陆上风电已成为度电成本最低的可再次生产的能源之一。陆上风电成本的降低主要受到风力涡轮机、叶片等主要部件的成本下降和风电机组技术进步带来的容量系数增加这两个关键因素的推动。
随着风电行业进入“平价上网”新阶段,摆脱对补贴政策的依赖,逐步的提升风电在各类能源中的竞争力,促使行业迈入市场化的长期健康发展路径。未来,随着风电度电成本的继续下降,风电的综合竞争力也将持续提升,助力风电行业长期向好发展。
我国拥有漫长的大陆海岸线公里,海上风能资源丰富,潜在装机容量巨大,根据中国气象局数据,我国近海离岸50km以内,4级以上的风能资源潜在开发量为2.34亿KW,3级以上的风能资源潜在开发量为3.76亿KW。但由于我国海上风能开发与发达国家相比起步较晚,导致我国海上风电应用时间较晚,我国首个海上风电场于2010年在上海开工建设。经过多年的技术进步和发展创新,我国终于迎来了海上风电开发加快速度进行发展时期。我国已连续多年保持全球海上风电装机量首位,2022年,我国新增装机容量16.90GW,累计海上风电装机容量达到26.35GW,约占全球海上风电累计装机容量的50%。相较于陆上风电,海上风电具有风速更大、静风期更短、节约土地资源且免于考虑噪音等污染的优点,因此全球风电场建设开发呈现逐渐从陆地向近海发展的趋势。目前,海上风电已成为中国能源战略的重要板块,也是我国实现能源结构优化调整的重要工具。
2022年我国海上风电进入平价阶段,长久来看,海上风电发展的潜在能力巨大。在国家层面,政策鼓励推动海上风电基地化、集群化。2022年3月,发改委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》,同年6月,发改委等九部委联合印发《“十四五”可再次生产的能源发展规划》,两项国家级文件中均明白准确地提出积极推动沿海地区海上风电集群化开发建设。重点基地集群包括了山东半岛、长三角、闽南、粤东、北部湾等五大海上风电基地集群,其中以广东、福建、浙江、江苏和山东等省作为重点建设基地。海上风电有望迎来加快速度进行发展的黄金时代。
(4)风机大兆瓦化、叶片大型化趋势明显,精细、高效、智能化的叶片制造专用设备不可或缺
国家政策层面,2022年工信部、财政部等5部委联合发布了《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》,明白准确地提出要重点发展8MW以上陆上风电机组及13MW以上海上风电机组,大兆瓦风机成为国家鼓励重点突破的技术发展方向。
行业发展层面,风机大兆瓦化是市场的选择,亦是行业发展的必然方向,根本原因如下:①“三北”、“沙戈荒”等陆上风电大基地的推进,使得陆上大兆瓦风机拥有了巨大的市场空间和需求,大兆瓦风机可以更好地缓解巨量的新增风电装机规模和逐渐收紧的土地使用政策之间的矛盾;②海上风电市场的快速崛起也加速了风机大兆瓦的进展。大兆瓦化机组更能适应海上风电的使用场景,机组容量的增大在明显提升发电量的同时,还能在同等装机规模下提高安装效率,减少海底电缆等材料的使用量,极大地减少相关成本,并节约集约用海,对于我国海上风电走向深远海域有着重要的意义;③我国风电行业步入“平价上网”新阶段,行业整体处于降本提效的关键转变时期,风机大兆瓦化同样被证明是降低度电成本的有效手段之一。
叶片是风电机组实现能量转化功能的核心部件,叶片的尺寸直接影响风机对风能的捕捉和转化效果。随着风电机组向大兆瓦方向发展,以及“平价上网”带来的成本控制需求,长度更长、经济效率更加高、质量更优良的叶片产品更加受到市场欢迎。
随着全球经济的发展,各行业对于能源的需求持续不断的增加,这将为能源产业的发展带来新的机遇。在低碳环保的经济发展的新趋势下,风能作为一种可再生的清洁能源,已经在经济全球化的舞台上占据了重要的地位,受到全球着重关注。预计至 2025 年,世界风能市场每年将递增 25% ,以实现 2030 年可再次生产的能源发电量占总发电量一半的能源目标。
我国作为能源消耗大国,全力发展风电能源成为了国家应对能源短缺、环境污染等发展问题而长时间坚持的战略决策。近年来,风力发电项目在全国得到了大量的推广,成为了全球风电装机顶级规模的国家。“十四五”期间,重点提出了加快发展非化石能源,坚持集中式和分布式并举,大力提升风电、光伏发电规模的举措,在规划期末非化石能源占能源消费总量的比重提升至 20% 。在政策的全力支持下,未来我国的风电能源发展将加强完善和扩大规模,迎来更进一步的发展前景。
党的十八大以来,在习“四个革命、一个合作”能源安全新战略科学指引下,我国可再次生产的能源实现跨越式发展,装机规模已突破10 亿千瓦大关, 占全国发电总装机容量的比重超过 40% 。其中,风电装机规模分别连续 12 年稳居全球首位,产业链国际竞争优势凸显,为构建煤、油、气、核、新能源、可再次生产的能源多轮驱动的能源供应体系,保障能源安全可靠供应奠定坚实基础。
“十四五”时期是我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程、 向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年,也是我国加快能源绿色低碳转型、落实应对气候平均状态随时间的变化国家自主贡献目标的攻坚期。我国承诺二氧化碳、排放力争于 2030 年前达到峰值、努力争取 2060 年前实现碳中和,明确2030 年风电和太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦以上,全力发展可再次生产的能源已成为纵深推进能源革命、保障国家能源安全的重大举措,也是加快生态文明建设、实现可持续发展的客观要求,更是实现我国碳达峰碳中和目标、践行应对气候平均状态随时间的变化自主贡献承诺的主导力量。能够加快能源电力结构调整。
大型风电项目的建设,是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑。面对日益严峻的气候变化问题,世界各主要国家和地区纷纷承诺加大自主贡献力度,我国也作出了碳达峰、碳中和的庄严承诺。要实现“双碳”目标,我国能源系统要变革,其核心是构建新型电力系统,支持和促进新能源跃升式发展。通过建设大型风电项目,推动风电大规模、高比例发展,促进新能源行业技术进步和产业升级,还能够为经济社会持续健康发展提供稳定优质的绿色电力支撑,推动我们国家能源绿色低碳转型,助力完成碳达峰、碳中和目标和“十四五”规划任务。
风电项目的建成,开发利用可再生的风能资源所产出的电力,可成为能源消耗的有益补充。有效提升非化石能源占能源消费总量的比重,有利于改善能源结构,对促进当地国民经济与社会持续健康发展具备极其重大的意义。
说明地区风能资源优势及并网条件,应编制区域风电场规划,充分的利用风力资源,发挥地区风能等可再次生产的能源行业的发展优势。以当地先进的技术和巨大的市场吸引国内外的资源,形成风电产业体系,推动地区经济以及各项事业的发展。
风电项目利用风能发电,较比传统的火力发电在运行过程中可大幅度减少污染排放,同时风电场场区还将实施绿化工程,这些都将对当地植被和树木的发展、土地资源的保护、生态环境的调节、以及地区气候环境的改善等起到一定的促进作用。
风电场规划选址分为宏观选址和微观选址。宏观选址主要指对一个地区(市、县、区)筛选出可建设风电场的区域。微观选址主要指对可建设区域做细致工作,如风资源测量、测绘图测量、机位点排布、电量计算、方案优化等。
宏观选址主要是针对对象为一个地区(市、县、区),在考虑风资源、用地情况等条件后,确定可开发风电的区域。有一些时候可能针对某个省、市、县做新能源规划,做整体规划的时候是真对多个可用地面积等情况大致确定区域的新能源可开发量,部分情况会做到宏观选址级别(但技术永远是服务于需求的,技术的地位要低于需求的地位)。
宏观选址需要收集的资料主要有生态红线、基本农田、林地、水源地、矿产、军事等数据。据了解,有些地区的所有耕地均不可用作新能源项目,需与当地自然资源局、林草局等有关部门确认新能源可用地类。通常能收集到生态红线、基本农田、林地及地类图斑等数据,基于以上资料确定可开发区域后,再到自然资源局、林草局、水利局、武装部等有关部门落图,确认勾画的开发区域是否可用。
在依据以上资料确认新能源开发区域过程中,也需要调查当地的风资源情况,如果风速适中(风速在5m/s以上),即可作为可开发区域;风速较低(风速在4m/s以上),可规划为未来中远期可开发区域。在宏观选址过程中,项目开发单位大概率不会有当地的实际测风资料,这样的一个过程一般会参考中尺度再分析数据,如ERA5、MERRA2等。中尺度再分析数据与实际风资源情况会存在一定偏差,仅做参考使用。
(1)《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南(试行)》(自然资办发〔2020〕51号)
(2)《电力工程建设项目建设用地指标 (风电场) 》(建标[2011]209号)
(1)《中央、国务院关于建立国士空间规划体系并监督实施的若干意见》(中发〔2019〕18号)
(2)自然资源部办公厅关于规范开展建设项目节地评价工作的通知(自然资办发[2021]14号)
(3)自然资源部《关于积极做好用地用海要素保障的通知》(自然资发〔2022〕129号)
(4)自然资源部等7部门《关于加强用地审批前期工作积极地推进基础设施项目建设的通知》(自然资发〔2022〕130号)
拟选场址年平均风速一般应大于 6m/s,有效风速小时数 8000h 左右,且测风塔在整个风场中所处位置有代表性,风功率密度一般应大于200W/㎡;盛行风向相对来说比较稳定;风速的日变化和季节变化较小。由于各地区风电上网电价不同、风电场建设条件与海拔高度差异较大、可安装风电机组单机容量不同,风电场最低可开发风速从 6-7 米/秒不等,根据初步选定的机型,年等效利用小时一般要求大于 2000 小时。
3、满足电网连接和计划要求依据电网网架结构和规划发展状况,根据电网容量、电压等级、电网网架、负荷特性、建设规划,合理确定风电场建设规模和开发时序,保证风电场接得进、送得出、落得下。
拟选场址周围港口、公路、铁路等交通运输条件应满足风电机组、施工机械、吊装设备和别的设备、材料的进场要求。场内施工场地应满足设备和材料存放、风电机组吊装等要求。
拟选场址应避免洪水、地震、火灾和其他地质灾害(山体 滑坡)、气象灾害(台风)等对工程造成破坏性的影响。
避开鸟类的迁徙路径、候鸟和其他动物的停留地或是繁殖区。和居民区保持一定距离,避免噪声、叶片阴影扰民。最好能够降低耕地、林地、牧场等的占用。
规划装机规模满足经济性开发要求,项目满足投资回报要求,一般要求风电场资金回报率不低于 8%。
2、项目拟选址应满足风景名胜、 自然生态和历史背景和文化遗产保护、水源地的保护要求,与重大基础设施建设相协调;
3、项目拟选址应避开名木古树及防护林等树木,减少建设和施工全套工艺流程中对乔灌木等自然地物的破坏;
4、项目拟选址应最大限度地考虑候鸟迁徙等鸟类活动,避免对自然生物活动造成影响;
工程线路路径选择时,为避免或减小线路对通信线路、无线电通讯、广播电视台站的影响,除严格执行有关输变电工程设计规程外,还满足送电线路所经地区涉及到的通信线路、广播、电视台站、导航台、定向台及其他有关设施的要求和规定,满足安全距离要求,并同相关的单位达成共识。对通信线路确有影响的地段,采取比较有效措施对通信线、对通信线路干扰的预防措施
在本工程送电线路影响区域内,如果有通信线路的电磁影响超过了有关规程规定的要求,则采用安装放电器(保安器)、改变通信线路路由或改用通信光缆等措施予以解决。
无线电干扰水平(RI)的要求是:距送电线m处,无雨、无雪、无雾天气,频率0.5MHz时的无线、高压线可听噪声对环境的影响
根据线路的导线型号,计算出雨天、距边线m处的可听噪声值。经比较,小于美国能源部规范(55dB)的要求。而且高压线的可听噪声值随距线路距离的增加呈对数关系衰减,因此噪声对居民环境已基本上没有影响。
本线路工程不跨越长期住人的房屋,在线路附近居民房屋处的地面场强限制在4kV/m以下。在局部特殊地带不能够满足4kV/m要求的,可采取在房屋附近种树或设置屏蔽网以减小地面场强。
对线路所经地区需要跨越的公路,取得有关交通部门的意见,按照有关法律法规和要求满足其安全水平距离及安全垂直距离进行线路设计,以满足车船通行的要求及不致因静电感应引起电击现象,并保证路基的安全。
本工程线路所经路段,不存在大的野生动物,但可能涉及鸟类迁徒路径问题,如遇到此类问题设计上考虑在铁塔及集电线路上设置警示装置。
本线路在沿线没有大型文物保护区。若发现有文物保护区,则在该段路径方案的布置上应积极与有关文物保护单位协调,以避免对文物造成损害。
距离村庄需要满足噪声卫生防护距离(场址周边300m范围内为卫生防护距离,该范围内不得新建任何居民点);场址周边500m范围内为养殖场卫生防护距离。
本工程在正常生产情况下,一般不易发生火灾,只有在操作失误、违反规程、管理不当及其他不正常生产情况下或意外事故状态下,才可能因各种各样的因素导致火灾发生。为避免火灾发生,本工程在设计上采取对应的防范措施:1、升压站道路呈环状布置,保证消防通道畅通,道路宽度满足消防车对道路的要求。
2、本工程配电线路采用延燃电缆,明敷时置于桥架内或地埋敷设,火灾事故照明和疏散标志采用蓄电池作备用电源,连续上班时间不少于20分钟。
3、电气系统具备短路、过负荷、接地漏电等完备保护系统,防止电气火灾的发生。
5、场区内建筑物、构筑物和电气设备之间的防火间距、耐火等级要满足《建筑规划设计防火规范》的要求,同时设置足够的室外消火栓。
项目建设应根据现场水文资料,确保场区主要建筑及设施满足50年一遇的防洪标准,主要生产建、构筑物位于洪水位5米之上。
本项目建设内容有:风电场构筑物、升压站、储能站、道路和集电线路。风电场构筑物、升压站、储能站选址位置对道路和集电线路方案的制约性较大。在考虑地质地貌、功能需求、使用便捷、成本投入、敏感因素的影响等方面的因素后,风电场构筑物、升压站、储能站相互之间联系的道路和集电线路的方案较为固定,本次不再进行道路和集电线路的规划选址方案进行比选,仅对其选址可行性进行论证。
升压站是整个风力发电场的控制中心,也是工作人员生活办公的场所。升压站的选址,对风力发电场基建投资、建设速度、运行的经济性和安全性以及环境保护都有直接的影响。
3、本项目为新建项目,建议施工前探明选址范围内地下管线情况,避免施工对管线、本项目临时用地占用耕地及永久基本农田,严格落实临时用地恢复责任,临时用地期满后应当拆除临时建 (构) 筑物,使用耕地的应当复垦为耕地,确保耕地面积不减少、质量不降低;使用耕地以外的其他农用地的应当恢复为农用地;使用未利用地的,对于合乎条件的鼓励复垦为耕地。
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