位于西藏的措美哲古風(fēng)電場，是目前世界上海拔最高的風(fēng)電項(xiàng)目。該項(xiàng)目創(chuàng)造了雪域高原風(fēng)電建設(shè)史的奇跡，打破了空氣密度低、風(fēng)能不具利用價值的誤區(qū)。
湛藍(lán)的天空、連綿的雪山、奔騰的江水、圣潔的雪域高原，長風(fēng)浩蕩，經(jīng)年不息。在我國西南邊陲坐落著一個鮮為人知的偏遠(yuǎn)縣城——措美，藏語意為“湖的下游”。2021年12月22日，在海拔5000多米的措美哲古鎮(zhèn)，10臺銀白色的風(fēng)電機(jī)組威武矗立，喜馬拉雅北麓的山風(fēng)呼嘯而至，帶動葉片徐徐旋轉(zhuǎn)，電流轉(zhuǎn)瞬間并入西藏電網(wǎng)，送入千家萬戶。截至2022年10月22日，由三峽集團(tuán)投資的世界海拔最高的風(fēng)電場，其發(fā)電量已突破6000萬千瓦時。該項(xiàng)目為區(qū)域內(nèi)超高海拔的規(guī)?；L(fēng)電開發(fā)提供了研究成果和工程借鑒，也將助力西藏雅江中游水風(fēng)光多能互補(bǔ)基地的建設(shè)。
欲善其事，必利其器
青藏高原山脈多東西走向，地勢由西向東降低，地面海拔高程伴隨緯度的升高發(fā)生急劇的變化，更加助長了西風(fēng)的強(qiáng)度和頻次。據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析，青藏高原大風(fēng)季集中在冬春季節(jié)，風(fēng)速高且持續(xù)時間長。據(jù)評估，西藏風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量達(dá)到了6億千瓦，部分高海拔地區(qū)年有效利用小時數(shù)可達(dá)4000小時。然而，由于高原的低氣壓、強(qiáng)紫外線、低空氣密度，風(fēng)能資源長期以來被認(rèn)為是“有氣無力”，不具有開發(fā)利用價值。
這種刻板的印象缺乏科學(xué)驗(yàn)證。經(jīng)氣象專家評估，證明在年平均風(fēng)功率密度400瓦/平方米的風(fēng)能資源條件下，海拔高度4600米的地區(qū)可以與海拔高度1100米的地區(qū)獲得同樣的風(fēng)力發(fā)電量。并且，隨著高原型風(fēng)電機(jī)組效率的提升，可開發(fā)資源將會更多。
措美哲古鎮(zhèn)風(fēng)電場就位于喜馬拉雅風(fēng)帶上，平均海拔介于5000~5065米，風(fēng)能資源優(yōu)良。該項(xiàng)目由三峽集團(tuán)投資、中國電建成都院EPC總承包建設(shè)、水電五局、水電六局及中國安能參建，總裝機(jī)容量為2.2萬千瓦，項(xiàng)目采用：5臺單機(jī)容量2.2兆瓦的東方風(fēng)電直驅(qū)機(jī)組，5臺單機(jī)容量2.2兆瓦的運(yùn)達(dá)股份雙饋機(jī)組，并配套建設(shè)1座110kV升壓站。
5000米已經(jīng)接近超高海拔與極高海拔的臨界點(diǎn)，在如此高的地方建設(shè)風(fēng)電場史無前例，這意味著無經(jīng)驗(yàn)可循，無技術(shù)可依。由于超高海拔地區(qū)大氣壓力和空氣密度只有沿海地區(qū)的60%，業(yè)內(nèi)專家向《風(fēng)能》解釋，這將導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組推力嚴(yán)重下降、更容易造成葉片失速，并且對氣動性能優(yōu)化、電氣部件絕緣及散熱性能提升、高輻射環(huán)境下機(jī)組防護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面提出更大挑戰(zhàn)。
此外，過大的晝夜溫差、雷暴頻次高對風(fēng)電機(jī)組的材料耐疲勞性也帶來很大挑戰(zhàn)。針對高海拔的環(huán)境特點(diǎn)，兩家風(fēng)電設(shè)備供應(yīng)商全力以赴，在機(jī)組設(shè)備元器件的選擇、電氣設(shè)備設(shè)計(jì)及加工工藝，包括投運(yùn)后的控制策略，都進(jìn)行了系統(tǒng)性的技術(shù)改造和科技創(chuàng)新。
葉片作為機(jī)組的核心部件，也是受環(huán)境影響最大的部件。東方風(fēng)電措美項(xiàng)目機(jī)組的主設(shè)計(jì)師楊奎斌在接受《風(fēng)能》采訪時表示，面對氣動性能降低和葉片失速等問題，東方風(fēng)電經(jīng)過數(shù)次仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證，攻克了基于雷諾數(shù)的翼型氣動性能、大厚度翼型等難題；同時創(chuàng)新性地結(jié)合超高海拔區(qū)域定制化的控制策略及渦流發(fā)生器技術(shù)，解決了超高海拔地區(qū)葉片失速的行業(yè)難題，在提高機(jī)組發(fā)電量5%的同時，也保證了機(jī)組的可靠運(yùn)行。同樣，運(yùn)達(dá)股份也通過建立葉片全尺寸模型，模擬葉片氣動性能，設(shè)計(jì)了氣動性能優(yōu)異的特殊翼型，安裝遲氣流分離的渦流發(fā)生器，并反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代，在保證發(fā)電量的條件下，將載荷降至最小。
超高海拔給風(fēng)電機(jī)組帶來的另一個較大的問題是絕緣與散熱。對此，運(yùn)達(dá)股份技術(shù)中心超高海拔機(jī)組產(chǎn)品經(jīng)理于海舒向《風(fēng)能》介紹，技術(shù)中心進(jìn)行了整機(jī)的流場仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果，謹(jǐn)慎選擇了大部件冷卻方式，以及降容設(shè)計(jì)系數(shù)，其目的是避免過度設(shè)計(jì)增加成本和復(fù)雜度。
完成電氣部件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)后，為了驗(yàn)證相關(guān)設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)工程師對所有電氣大部件進(jìn)了聯(lián)合低氣壓試驗(yàn)，模擬在6000米海拔上的實(shí)際工作狀況，結(jié)果一次性通過溫升、耐壓、雷擊沖擊等全部電氣性能測試。而東方風(fēng)電有大批量海拔在3000~4000米范圍內(nèi)的高原型機(jī)組應(yīng)用業(yè)績，收集了多年來大量電氣系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括絕緣特性、溫升狀況等，并從繞組耐壓、防電暈、電氣部件間距等方面進(jìn)行了適應(yīng)性的設(shè)計(jì)，通過了低氣壓、工頻耐壓、沖擊耐壓、高低溫試驗(yàn)等一些列全方位的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的驗(yàn)證。
如今，機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定，發(fā)電量成績斐然，足以打破行業(yè)內(nèi)在空氣密度低，超高海拔地區(qū)不具備開發(fā)價值的誤區(qū)。
欲登絕頂，莫辭勞苦
措美哲古風(fēng)電項(xiàng)目所在地雪山湖谷縱橫、大小山脈連綿起伏，常年溫度8.2℃。在條件如此惡劣的地方施工，人員和設(shè)備安全、組織調(diào)度、運(yùn)輸?shù)跹b、運(yùn)營管理等面臨著多重考驗(yàn)。
從2019年6月項(xiàng)目獲得自治區(qū)核準(zhǔn)批復(fù)，到吊裝，及運(yùn)維，三峽集團(tuán)西藏能源投資有限公司山南分公司主管尹舒展就一直奮戰(zhàn)在這個項(xiàng)目上。
談起項(xiàng)目建設(shè)時的艱辛，尹舒展向《風(fēng)能》描述道：“項(xiàng)目所在地距離駐地有100多公里，方圓幾十里渺無人煙，寒風(fēng)刺骨。現(xiàn)場交流時，講話者的聲音常常被風(fēng)吞噬。隨著海拔一點(diǎn)點(diǎn)升高，人體內(nèi)儲存的氧氣會快速流失，很多人出現(xiàn)不同程度的高原反應(yīng)，頭疼肚脹、失眠多夢，嚴(yán)重的會導(dǎo)致呼吸困難、意識不清，施工人員需要頻繁更換。軍大衣和氧氣瓶成了我們的護(hù)身符；沒有餐飲住宿條件，大家喝的是燒不燙的水，吃的是泡不熟的方便面。更沒有手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)信號，僅有一部調(diào)度座機(jī)可與外界聯(lián)系?！?/p>
人有“高反”，機(jī)器也會產(chǎn)生高原反應(yīng)，出現(xiàn)降耗降容的現(xiàn)象。比如起吊機(jī)械時，由于氧氣不足燃燒不充分，設(shè)備無法達(dá)到與平原地區(qū)相同的出力效果。面對橫在眼前的重重困難和迫近的并網(wǎng)截止日期，各參建單位都竭盡全力?！把鹾康蜁?yán)重影響作業(yè)安全和進(jìn)度，這要求組織計(jì)劃具有嚴(yán)密的實(shí)操性?！币嬲菇榻B說，每臺風(fēng)電機(jī)組有大大小小140多個部件，分布在全國各地，要統(tǒng)籌考慮各廠家能不能按時供貨，送往西藏。要結(jié)合并網(wǎng)節(jié)奏，梳理到貨順序，根據(jù)天氣情況安排合理的工期。
由于在西藏建設(shè)風(fēng)電場幾乎沒有經(jīng)驗(yàn)可循，進(jìn)藏之路困難重重。需要協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸、市政等各個管理部門，一些超大部件需要交警押運(yùn)才能通行。安裝環(huán)節(jié)異常緊張，為了充分利用每天僅有幾個小時低風(fēng)速的黃金窗口期，建設(shè)者們需要凌晨四五點(diǎn)起床，在漆黑的崎嶇山路上顛簸2個多小時才能到達(dá)現(xiàn)場。為了搶占一年中的低風(fēng)速時段，所有設(shè)備須在2021年9月底前運(yùn)抵機(jī)位。每次吊裝前，建設(shè)單位、制造廠家、設(shè)計(jì)人員、安裝人員，幾支隊(duì)伍嚴(yán)陣以待，以便出現(xiàn)問題時能夠及時處理。
幸運(yùn)的是，最后一臺機(jī)組在2021年10月7日成功完成吊裝。此后，機(jī)組調(diào)試、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)緊鑼密鼓地開展。并網(wǎng)前兩天，尹舒展帶領(lǐng)參與各方人員20多人，連續(xù)奮戰(zhàn)2天2夜幾乎沒合眼，與國網(wǎng)西藏調(diào)度中心密切配合，終于安全可靠地實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。
2021年12月22日上午10點(diǎn)左右，山南市及措美縣主要負(fù)責(zé)人、地方能源主管部門負(fù)責(zé)人親臨現(xiàn)場，當(dāng)對講機(jī)中響起“措美哲古風(fēng)電場并網(wǎng)正式啟動”的聲音時，5號機(jī)組的葉片率先開始旋轉(zhuǎn)。西藏第一個超高海拔并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目開始發(fā)電。
在中控室，山南市主要負(fù)責(zé)人評價道：三峽集團(tuán)在措美風(fēng)電開發(fā)建設(shè)的一小步，是西藏山南清潔能源發(fā)展和進(jìn)步的一大步。2021年12月29日，措美哲古風(fēng)電場實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)。
措美哲古風(fēng)電場的成功開發(fā)建設(shè)與安全穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了超高海拔地區(qū)是可以開發(fā)風(fēng)電的，風(fēng)能資源從技術(shù)上是可以突破的。作為國家超高海拔風(fēng)電科研示范項(xiàng)目，措美哲古風(fēng)電場對探索解決高海拔風(fēng)能資源特性、地理特性、氣候特性具有重要意義；對風(fēng)電場選址、測風(fēng)、設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)、運(yùn)營管理方案以及風(fēng)電機(jī)組設(shè)備元器件選擇、絕緣設(shè)計(jì)、加工工藝、控制策略等也具有重要的實(shí)踐價值。據(jù)悉，措美哲古風(fēng)電場是措美縣打造包括風(fēng)、光、地?zé)崮茉趦?nèi)的一體化清潔能源基地的重要一環(huán)，總裝機(jī)約5萬千瓦的風(fēng)電二期項(xiàng)目已在實(shí)施中。
如今，駐地條件已經(jīng)改善很多，升壓站內(nèi)有人24小時駐守，備品備件充足。在通往現(xiàn)場的路上，狐貍、藏野驢、巖羊悠然逡巡。遠(yuǎn)處，巨大的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)縮成小小的剪影，與碧波蕩漾的哲古湖、連綿起伏的雪山，伸手可摘星的夜空融為一體。
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