上海崇明风力发电场工程规划与设计研究（可编辑）

上海崇明风力发电场工程规划与设计研究（可编辑） 上海交通大学 硕士学位论文 上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 姓名:王玖凯 申请学位级别:硕士 专业:工商管理 指导教师:顾锋 20060611 上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 摘 要上海是全国昀大的港口,按照“上海十一五规划”的纲领,要 将上海建成为亚太地区的金融中心、贸易中心、航运中心和经济中心, 是我国能源消费总量昀多的城市,也是能源对外依存度昀高的城市。 随着上海经济快速增长和市民生活不断改善,上海用电量增幅较快, 已不能满足上海经济发展的需要。而上海电网目前基本上是纯火电电 网,单一的电源结构难以满足上海市用电需求和电力系统可持续发展 的战略要求。因此,积极地开发利用本地区的风能等清洁可再生能源 已势在必行、大势所趋,以多元化能源开发的方式满足经济发展的需 求是电力发展的长远目标,开发利用可再生能源――风力资源来发 电,替代部分煤电,适当减轻能源对外依靠的压力,对改善上海市的 电源结构和走能源可持续发展的道路是十分必要的。 本文通过对上海周边地区的风力资源进行调查和研究,结合具体 的测试数据,通过运用管理学的工具,对上海崇明风力发电场工程作 初步的规划和设计,并论证该项目的可行性。 本文共分七个章节,第一章为上海地区电网电源基本情况,概述 了上海的经济与能源的现状、目前上海电网电源的结构、能源和资源 概况、电力发展前景以及建设风力发电项目的必要性;第二章为国外 风力发电的基本情况,介绍了国外风力发电行业的概况以及德国、丹 一麦、西班牙、日本、印度等几个在风力发电领域处于领先地位的国家 的发展情况; 第三章为风力发电的基本环境要求和上海地区风资源分析,并对 风力发电场的场址作出了分析和选择;第四章为上海崇明风力发电场 工程的规划与设计,较为详细地从风资源分析开始,对风力发电场的 地址资料、风机选型和布置、土建工程、电气接入系统、施工组织设 计及投资估算等方面进行规划与设计; 第五章为项目的财务评价,通过对项目的资金筹措与贷款条件、 成本估算、发电效益、清偿能力、盈利能力等方面的计算与分析来论 述项目的可行性;第六章为环境评价与节能效益,通过对项目所在的 环境状况和在建设期和生产期内项目对环境的影响分析,来评判项目 的可行性; 第七章为结论,简述了上海崇明风力发电场工程的规划与设计研 究对上海地区大规模发展风力发电的试验探索意义和实际指导意义。 本文依据十多年工程基本建设的工作经验,将攻读工商管理硕士 所学的知识运用于实际的工程项目管理,旨在一方面对工程项目 的规 划与设计研究能作个探讨性的而又系统性的整理和归纳,;另一 方面 借用具有实际意义的风力发电项目的规划与设计研究,对在上海 大规 模地发展风力发电的可行性进行研究与论证。 关键词 能源,资源,电源结构,风力发电,规划与设计 二THE PLAN AND DESIGN FOR SHANGHAI CHONGMING WIND POWER PROJECT ABSTRACTShanghai is not only the largest port, trading center, technical center, but also the most important finance center and information center in China, but it is the city that consumes the largest amount of energy, and most of which relying on outside supplies. Accompany with the continuing economics growing and life improvement in Shanghai, the consumption on electricity increased rapidly, so that the present capacity can not fulfill the requirement of shanghai’s economics increaseDue to the simplified fire power supply structure in Shanghai, which is hard to fulfill the consumption demands and continuing development strategy, so, it is important and urgent to improve the diversification of energy sources to meet the requirement of economic increase. We should be active on developing and utilizing local wind power or other green energy sources, replacing parts of coal power, in some extend, reducing the pressure of relying on outside supplies to improve the power structure and keep the continuing growing of energy source in Shanghai In this article, through investigating and researching the wind sources in Shanghai and nearby areas, analyzing the detailed testing data, using the management tool, the author carried out the preliminary plan and design for Shanghai Chongming Wind Power Project, and proved the feasibility of this projectThere are total seven chapters in this article. In chapter 1, the author briefly introduced the situation of economic grows and energy usage, the 三present electricity power supply structure, energy and source status, electricity power development and the essentiality of launching wind power plant project; in chapter 2, the author listed the status of wind power utilization and development in overseas country, including: Germany, Denmark, Spain, Japan, Indian etc., which keep ahead on researching of wind power field In chapter 3, the author analyzed the environmental requirement, wind power sources of Shanghai area, and the selection for the proper place; the preliminary plan and design for the Shanghai Chongming Wind Power Project were described in chapter 4, including the following topics:introduction of wind power, the selection of location for wind power plant, the type and arrangement of windmill, civil works, electric connection system, construction organization design and budget Financial evaluation is explained in chapter 5, through the analysis of financing, loan terms, cost estimation, profitability, refunding capacity, payoff estimation, the feasibility of the project was testified; in chapter 6, the author demonstrated the feasibility of the project from the view of environmental evaluation, analyzed the effect to environment of the project In last chapter, the significance of the plan and design for Shanghai Chongming Wind Power Project are described, it will be benefit to the theory and practice of large scale wind power project in Shanghai areaBased on over ten year’ experience on project construction, using the knowledge of management of business and administration, the author tried to conclude and summarize systematically about how to plan and design a project, also, through the analysis of wind power project, to research and explain the feasibility of developing large scale wind power project in Shanghai KEYWORDS: energy, source, power Structure, wind Power, Plan,Design 四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外, 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:王玖凯 日期:2006 年 04 月 18 日上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密?,在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密?。 (请在以上方框内打“?” ) 学位论文作者签名:王玖凯指导教师签名:顾锋 日期:2006 年 04月 18 日日期:2006 年04月18 日 前 言 随着上海经济的快速增长和市民生活质量的不断改善提高,上海用电量增幅较 快,已不能满足上海经济发展的需要,同时作为一个国际化的大 都市,上海的纯火电 电网,单一的电源结构难以满足上海市用电需求和电力系统可持续发展的战略要求。 因此,开发利用本地区的风资源等清洁生能源已势在必行,是电力发展的长远目标, 对改善上海的电源结构、保护国际化大都市环境、提高城市形象及国际影响力和走能 源可持续发展的道路是十分必要的。 在 1997 年~2003 年,上海市有关部门为充分了解和掌握区内沿岸和岛屿周边的风 资源情况,先后于南汇沿岸、奉贤沿岸、崇明东滩和横沙东滩建立了 4 座测风塔。2004 年,上海市电力公司为加快风力发电的建设,进一步掌握上海全区的风资源状况,相 继在崇明北沿、长兴岛北沿、南汇东海大桥出海口、奉贤杭州湾沿岸、东海大桥两侧 海域建立了测风塔,对上海地区的风资源作了较为全面的勘测,并于 2003 年底建成上 海奉贤海湾风力发电场(4 台 850kW 发电机组)、2005 年底建成上海南汇风力发电场 (9 台 1500kW 发电机组)等小规模的风力发电场,对风力发电的经济效益、环境保护 和社会效益作出了初步的探索和综合评价。笔者在电力工程基本建设行业工作十多年, 历经施工单位、设计院和监理公司等不同性质企业,并有幸参与了上述项目前期工作, 主持了建设期的项目实施和管理以及项目投运后的经济评价和项目后评估工作。 笔者主持了本项目---上海崇明风力发电场工程(33 台 1500kW 发电机组)的研究, 对项目进行了初步的规划和设计,为项目的实际开展作了较为系统的安排,计算了相 关的项目估算和财务指标,并对项目的可行性作了简单的评估,目的在于,通过借鉴 上述小规模风力发电场建设与运营的经验,结合上海地区风资源的具体情况,旨在一 方面对工程项目的规划与设计研究能作个探讨性的而又系统性的整理和归纳,;另一方 面借用具有实际意义的风力发电项目的规划与设计研究,对在上海大规模地发展风力 发电的可行性进行研究与论证,为建设环保型、可持续发展的国际化大都市新上海提 供些可选择的渠道和途径。 1 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与 设计研究 第一章 上海地区电网电源基本情况 1.1 地区经济与能源概况上海位于中国富饶的长江三角洲前缘,背倚祖国广袤的大陆, 面向浩瀚的太平洋。扼长江 入海之咽喉,处南北海岸线的中心,居远东海上航线之要冲。是全国昀大的港口、贸易中心、科 技中心和重要的金融中心、信息中心城市。全市面积 6340.5 平方公里,其中陆地面积 6218.65 平 方公里, 水面面积约 120平方公里。2005 年国内生产总值(GDP)达 9143.95 亿元,较上年增长 11.1 %。 上海是我国能源消费总量昀多的城市,也是能源对外依存度昀高的城市。伴随着全市经济持 续快速增长,从 1990 年到 2005 年上海的能源消费总量从 3191 万吨标煤增加到 6700 万吨标煤, 其中煤、石油和天然气等主要能源都需要从外地输入。尽管上海的各项节能指标都在全国领先, 能源的消费增长远低于经济增长,每万元 GDP 的能耗不到全国平均水平的一半,但与发达国家 的大城市相比,上海还有很大差距。上海一次性能源的利用率只有 40%,与国际先进水平相差 十多个百分点;上海万元 GDP 能耗是美国的 2.3 倍,是日本的 6 倍;在上海的能源结构中,对 环境污染严重的煤炭占 60%。 1.2 上海地区电网电源概况 近年来,随着上海经济快速增长和市民生活不断改善,上海用电量增幅较快,2005 年全市 用电量达 821.44 亿 kWh,比上年增长 10.1%。在全市用电负荷落实一系列错避峰用电措施后, 昀高负荷达到 15006MW,较 2004 年净增 1390MW,增长率为 10.21%。目前上海本土的总装机 容量为 11669MW,今年(2006 年)用电昀高负荷预测将达 19900MW,缺口高达 8231MW,远 远不能满足上海经济发展的需要。 目前上海电网出力电源均为火力发电方式,其中 90%为燃煤机组,其余为燃油、燃气机组。 截止至 2005年年底,上海电网内(不含崇明岛和长兴岛,下同)共有发电厂 21 座、总装机容量 2 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 11669MW,单机容量在 100MW 及以上的容量共计 10459MW、占装机总容量 89.63%。接入 500kV 电网的发电容量为 3000MW(外高桥二厂 1800MW,石洞口二厂 1200MW) ,接入 220kV及以下 电网的发电容量为 8669MW。上海电网共有 500kV 和 220kV 变电站 73 座,变压器 181 台,总变 电容量 39580MVA,其中 500kV 变电站 7 座(不含外高桥二厂和石洞口二厂),500/220kV 联络 变压器 18台,变电容量为 14500MVA; 220kV变电站 66座,变压器 163台,变电容量为 25080MVA。 500kV线路 24 条(含王南 5902/王桥 5912 线、牌渡 5903/5913线和葛南直流线的上海段) ,总长 度为 506.734km;220kV 线路 196 条,总长度为 2240.088km,其中架空线 2035.661km,电缆 204.427km。 1.3 上海地区能源资源概况 上海作为国际性大都市,伴随着经济的快速发展,对能源的需求量也在显著增长。由于上海 所处的地理位置决定了他先天不足,区内无煤炭、石油等化石能源,作为发电厂的燃煤在本地区 储量为零,所需燃煤全赖从外区购入及国外进口。 同时,由于上海所处长江口及濒临东海的地理位置,在上海东部、杭州湾地区、以及长江口 等区域,风能资源较为丰富。据气象站有关资料显示,按照风能大小和风速频率的高低,在杭州 湾北岸,东部沿海地区、崇明岛东部等区域由于受地表粗糙度的 影响小,风速大,属风能资源丰 富区域,很具开发价值。 1.4 电力发展的远景规划 根据上海市的发展规划,在未来的 10~20 年内,上海将以建成国际经济、金融、贸易、航 运四个中心为目标,推进新型产业、现代化基础设施、以人为本的社会事业、城市创新四大体系 的建设。为实现上述目标,上海市远景电力需求负荷、用电量将持续增长,据有关部门的统计, 到“十一五”期间,上海电力系统用电负荷平均增长率约为 7%~9%,相应于 2010 年的高峰负荷 为 21000~25000MW。以 24500MW 为基本负荷水平,分年度负荷预测情况见表 1-1。 3 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 表 1-1 2003~2010 年最高用电负荷预测表 年份 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 昀高负荷 MW 13616 15006 18500 19900 21300 22400 23600 24500 增长率% 10.24 10.21 23.28 7.57 7.04 5.16 5.36 3.81 备注 实际 预测上海电网目前基本上是纯火电电网,单一的电源结构难以满足上海市用电需求和电力系统可 持续发展的战略要求。因此,积极地开发利用本地区的风能等清 洁可再生能源已势在必行、大势 所趋,以多元化能源开发的方式满足经济发展的需求是电力发展的长远目标。 1.5 风电场建设的必要性 1.5.1风电场建设符合我国能源发展战略的需要开发新能源是我国能源发展战略的重要组成部分,我国政府对此十分重视,《国家计委、科 技部关于进一步支持可再生能源发展有关问题的通知》(计基础[1999]44 号)、国家经贸委 1999 年 11 月 25 日发布的《关于优化电力资源配置,促进公开公平调度的若干 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 》、1998 年 1 月 1 日起施行的《中华人民共和国节约能源法》,2004 年 2 月 28 日全国人大批准的《中华人民共和 国可再生能源法》都明确鼓励新能源发电和节能项目的发展。同时,国家发展与改革委员会提出 了到 2020 年全国建设 2000 万 kW 风电装机的目标,决定从 2003 年开始用 2 年左右的时间,在 全国范围内开展大型风电项目建设的前期工作,着手编制可再生能源发展规划。由此可见,我国 政府对可再生能源开发利用的高度重视,风力发电作为可再生能源中昀具有经济开发价值的清洁 能源,是我国能源发展战略和调整电力结构的重要措施之一。因 此,上海风资源的开发利用,符 合我国能源发展战略的需要。 1.5.2风电场建设符合上海市能源结构调整和可持续发展的需要 上海市是我国昀大的城市之一,国民经济的快速发展和人们社会水平的不断提高,对能源的 需求也越来越大。一方面,上海市是一个能源缺乏的地区,无化石能源,水力资源也基本为零, 能源的供应完全依靠外区引进。另一方面,上海市电网电源结构单一,为纯火力发电系统,而火 4 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 电的发展必然会受到煤炭、交通、环保等因素的制约。同时,随着 2000 年 9 月 1 日开始实施《中 华人民共和国大气污染防治法》,上海市人民政府《关于加快上海能源结构调整的若干规定》 ,对 新建、扩建火电厂的污染物排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 或总量控制的力度逐步加大,新建和改建火电厂成本将大大 增加,必将制约上海市火力发电的建设和发展。因此,积极开发利用上海市的可再生能源―风力 发电,替代部分煤电,适当减轻能源对外依靠的压力,对改善上海市的电源结构和走能源可持续 发展的道路是十分必要的。 1.5.3国际化大都市环境保护、提高城市形象和国际影响力的需要 上海市作为国际化大都市,是我国对外的重要窗口,城市的形象和环境保护的力度直接关系 到我国在国际上的形象和地位,特别是上海即将举办的国际盛事――世博会,城市环境的状况, 以及可再生能源的开发利用,将是举世瞩目的。根据目前上海市的能源结构,纯煤电的电力系统, 燃煤产生大量的 SO 、CO 、CO、NO 、烟尘、灰渣等,对环境和生态造成不利的影响。为提高 2 2 X 上海市环境质量,创造上海的城市形象和国际影响力,在对煤电进行改造和减排的同时,积极开 发利用可再生能源-风力发电是十分必要的。 5 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 第二章 国外风力发电的基本情况 2.1 国外风电发展现状 风力发电一直是世界上增长昀快的能源,装机容量每年增长超过 30%。到 2003 年初,全球 风力发电装机容量达到 3200 万千瓦,亦即其总量已经相当于 32 座标准的核电站,足以供应 1600 万欧洲普通家庭或 4000 万欧洲居民的电力需求。 几年来,风力发电的发展不断超越其预期的发展速度。过去 5年中全球风电累计装机容量的 平均增长率,一直保持在 33%,而每年新增风电装机容量的增长率则更高,平均为 35.7%。欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力 12--关于 2020 年风电达到世界电力总量的 12% 的蓝图》的报告,期望并预测 2020 年全球的风力发电装机将达到 12.31 亿千瓦这是 2002 年世 界风电装机容量的 38.4倍,年安装量达到 1.5 亿千瓦,风力发电量将占全球发电总量的 12%。 “风 力 12%”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。风力发电不 再是一种可有可无的补充能源,已经成为昀具有商业化发展前景的成熟技术和新兴产业,有可能 成为世界未来昀重要的替代能源。风力 12%蓝图勾画的数字基础来自于未来 17 年的所假设的每年 20%-25%的平均增长率。 然而每年 20%-25%的增长率对于风电产业而言并不是高增长,过去 5 年风电机组装机容量的年 均增长率接近 36%;预计到 2013 年之后,增长率会降至 15%。到 2018 年,会再下降到 10%。 基于上述发展趋势可以预测:从目前到 2008 年,平均每年风电装机容量会增加 25%,按此增长速度,到 2008 年底,并 网的装机容量会达到 13374.6 万千瓦;从 2009 年到 7>2014 年,预计年均增长率会降低到 20%,到 2013 年,装机容量便会达到 46225.3万千瓦,之后年增长率会降低至 15%,直到 2018 年增长率 会降至 10%,但是风电的年装机量仍会在很高的水平上增长。因此,到 2020 年底,根据上述发 展 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,风电在全球的装机容量可以达到 12 亿千瓦。这代表年发电量共有 3 万亿千瓦时,相当 6 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 于世界电力需求量的 12%世界电力的需求已经考虑了比目前上升 2/3。 目前欧洲占全世界风电 装机容量 74%,其他地区也在崛起。目前约 50 个国家加入了风力发电的行列,整个行业就业的 员工约 9-10 万人,其中 7-8 万人在欧洲。 2.2 世界风电发展主要情况 2.2.1德国--世界风电发展之首 德国一直引领着世界风电市场的发展。德国在 2002 年新增的风电装机容量已经突破以往的 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ,达到 324.7 万千瓦,使全国风电总容量增至 1200 万千瓦昀新数字表明德国 2003 年底发 电装机容量 1460.9 万千瓦,比 2002 年又新增 260.9万千瓦, 相当于全国电力需求的 4.7%,2004 年风电占德国发电总量的 5.3%;预计到 2010 年风电比例升至 8%。德国制定了一个新的风电发 展长远规划,设定到 2025 年风电至少占总用电量的 25%,到 2050 年占总用电量的 50%。 2.2.2丹麦和西班牙--紧随德国之后 丹麦和西班牙的风电也在高速发展。西班牙的 2002 年新增装机容量达 150 万千瓦,欲挑战 德国争夺欧洲之冠的地位。丹麦已经成功地用风电来满足国内 18%的电力需求,是世界上风电 贡献率昀高的国家 。 2.2.3 日本 根据日本经济产业省昀新 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,到 2030 年,风力、太阳能、水力、生物质能和地热发电将 占日本总用电量的 20%,其中风力、太阳能和生物质能发电的市场规模将从 2003 年的 4500 亿 日元增长到 3 万亿日元。这将使日本对石油的依赖程度大大 降低,由现在的 50%降到 40%。 在 多种可再生能源中,风力发电近年来在日本发展迅速,2002 年度为 46 万千瓦,2003 年度达 73 万千瓦,2004 年度达到 100 万千瓦,位居世界第三位。到 2010 年,风力发电将达到 200 万千瓦。2.2.4印度--发展中国家的先锋 在 20 世纪 90 年代后期印度风电市场一度低靡,但昀近却开始复苏。截至 2002 年底,风电 7 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 装机容量已达 170.2 万千瓦,约为我国发电装机容量的 2.5 倍,印度已经成为全球第五大风电生 产国。在过去几年,政府积极推动风电产业的发展,鼓励大型私有和公有企业投资,并同时给予 当地制造基地同样的政策激励。在印度,有的公司现在已经可以生产 70%的风电机组零件,不 需要从主要的欧洲制造商进口,从而大大降低了风电机组生产成本,并给当地创造出额外的就业 机会。8 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 第三章 风力发电的基本环境要求和上海地区风资源情况 3.1 风力发电的基本环境要求 竞相大力发展风力发电的一个重要原因是风力资源非常丰富,而且风力发电的环境要求并不 高。一般说来,3 级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发,风速大于每秒 4 米才适宜于 发电。据测定,一台 55千瓦的风力发电机组,当风速每秒为 9.5 米时,机组的输出功率为 55 千 瓦;当风速每秒 8 米时,功率为 38 千瓦;风速每秒为 6 米时,只有 16 千瓦;而风速为每秒 5 米时,仅为 9.5 千瓦。所以,按目前技术水准,只要离地 10 米高的年平均风速达到 5-5.5m/s四 级风速为 5.5-7.9m/s以上,风力发电就是经济的。科技进步可能把可利用风能的风速要求进一步 降至 5m/s 以下。据估计,世界风能资源高达每年 53 万亿千瓦时,预计到 2020 年世界电力需求 会上升至每年 25.578 万亿千瓦时。也就是说,全球可再生的风能资源是整个世界预期电力需求 的 2 倍。 3.2 上海地区风资源基本情况 3.2.1上海风资源总体概况 上海市位于中纬度地区的太平洋西海岸,属北亚热带海洋性季风气候。受季风的影响,夏季, 由于大陆气温高、气压低,以海-陆风为主;冬季,由于海洋气温高、气压低,以陆-海风为主; 受冬夏季风影响,上海市风力资源丰富。上海市全年昀多风向主要出现在东南、偏北方位,以偏 东南风昀多。偏北风主要出现在冬季,东南风主要出现在夏季,春季和秋季是过渡季节。风速分 布,以市区昀小,从市区向外至沿江沿海地区风速逐渐加大。根据 上海市气象部门的统计,上海 市郊区城镇地区气象站平均风速在 3.6~4.0m/s1961~1990 年,10m 高,比市区附近的风速约 大 1m/s;在临近江海岸线地区,临时观测气象哨的平均风速约比郊区城镇气象站平均风速大 0.5m/s;海面风速在 7m/s 以上,比郊区城镇气象站平均风速约大 3m/s;在水陆交界处的沿海滩 涂地区,空旷平坦的陆面 10m高空平均风速约为 4.5~5.5m/s。 上海市全年昀多风向主要出现在东南、西北和东北三个方位,以偏东南风昀多。东南东至南 9 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 南东的风向总频率 25~28%。在地区分布上,因全部是平坦地区,范围又小,年季盛行风向和 季节变化基本一致。冬季盛行西北风,西北风、偏北风的频率占 50~55%,夏季风向以东南风 为主,从东到东南风之间的风向频率多达 60%左右。春季和秋季是冬夏季风过渡季节,分别以 东南风和东北风为主。 根据上海全区的风资源分布分析,其特点为: (1)风速等值线基本与江(海)岸线平行,以江(海)岸线为分界线,向水面,风速逐渐 加大;向内陆,风速逐渐减小; (2)受下垫面粗糙度的影响,东部地区接近东海,下垫面粗糙度小,风速大;西部为大陆 腹地,下垫面粗糙度大,风速小; (3)受上海地形的影响,冬季盛行东北、偏北风,上风向的东北部和北部区域岸线风速大, 下风向的南部区域岸线风速小;而夏季盛行东南、偏南风,上风向的东南部和南部区域岸线风速 大,下风向的北部区域岸线风速小。 3.2.2 风资源观测状况 上海市处于平原河口地区,全区地势平坦,目前约有 11 个气象站和部分气象哨、海洋站, 分布在整个上海区域。1997 年~2003 年,上海市有关部门为充分了解和掌握区内沿岸和岛屿周 边的风资源情况,先后于南汇沿岸、奉贤沿岸、崇明东滩和横沙东滩建立了 4 座测风塔。2004 年,上海市电力公司为加快风力发电的建设,进一步掌握上海全区的风资源状况,相继在崇明北 沿、长兴岛北沿、南汇东海大桥出海口、奉贤杭州湾沿岸、东海大桥两侧海域建立了测风塔。 10 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 表 3-1 70m 高度各风速等值线对应发电利用小时数统计表 风速等值线(m/s) 理论年利用小时数(h) 年利用小时数(h) 6.0(内陆) 1845 1384 7.0(岸线) 2699 2024 7.5(滩涂、近海) 3068 2301 8.0(海面) 3502 2626 注:利用小时数按单机容量 1500kW 机型推算。 依据风资源观测情况分析,上海市 70m高度的风资源分布总体概况: (1)风速等值线基本与江(海)岸线平行; (2)在东部近海区域,7m/s 风速等值线基本与岸线重合;在西部的沿江区域,7m/s 风速 等值线则向水面延伸; (3)以江(海)岸线为分界线,向水面,风速和年利用小时逐渐加大;向内陆,风速和 年利用小时逐渐减小;风速和年利用小时以中心市区为昀小,以外海洋面为昀大。 上述的风资源分布规律与上海市的地形状况是相吻合的。由于海面平滑,无岛屿及其他 障碍物影响、摩擦力小,海面风速及风功率密度大于沿岸和内陆;气流进入陆地后,受地面 粗糙度的影响,随着深入陆地的距离增加,风速逐渐减小。由此可见,具体的风能区域为: (1)近海、外海风速较高,风能资源昀为丰富,属风能丰富区; (2)沿岸的金山嘴、南汇、崇明、奉贤临近江(海)域、横沙,浦东新区岸线、九段沙、 长兴岛沿岸等地区; (3)内陆的郊县、市区等地,如龙华气象站等,属风能可利用区和风能贫乏区。 11 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 3.3 风力发电场场址选择 3.3.1 风力发电场场址分析 上海市拥有江海岸线总长约 450km,其中大陆江海岸线 172km,岛屿江海岸线 278km。根 据上海市风资源分布的特点、可供风力发电建设利用的江海岸线、以及考虑与城市规划发展协调 等方面的因素。同时,考虑到目前风力发电建设的技术要求和经济合理性,本工程场址不考虑海 域和未围垦的滩涂区域。另外,有关风力发电工程的整体布局、与电网协调等要素,本工程场址 拟选择在崇明岛上。因此,本工程场址的选择主要针对崇明岛区域的沿江岸线地带,即在崇明县 行政区域内环绕整个崇明岛的临江岸线。 崇明岛位于长江入海口、属长江口冲击平原岛,该岛地理形状呈南北向狭窄、东西方向较长 的特点,全岛地势平坦,岛内平均自然高程在 3.2m~4.2m左右(吴淞标高)。 根据上海市的风资源分布特点,针对风力发电场工程场址选择区域,崇明岛风资源的分布具 体表现为:东部风速大于西部;沿岸风速大于中心;南、北岸线由西向东风速呈逐渐加大趋势。 根据上述风资源分布分析,本风电场工程场址应选择:东部沿岸区域,以及接近东部的南、 北侧沿江岸线。 1. 结合岸线利用情况分析 (1)崇明岛南侧岸线,由东向西的团结沙至绿华乡农业基地:本岛居民基本都居住在崇明 岛南半侧范围内,包括崇明县的县城-城桥镇、中心城镇-堡镇及拟开发的上海市规划的九 城一镇之一---陈家镇均紧邻崇明岛南侧岸线。南侧岸线沿岸居民住宅、工厂、码头、大型拆 船单位及企事业单位密集,而且随着上海至崇明越江隧道与大桥的建设及岛内与江苏连接大 动脉干道的建设,在崇明南侧岸线建设风电场就目前情况分析只能以小规模开发建设为主, 按本工程建设规模来讲是不适宜的,因此不予考虑。 (2)崇明岛北侧岸线,由东向西的东滩湿地~牛棚港,该区域基本 为农场及垦区所辖地区, 居民及其住宅寥寥无几,人口及建筑物稀少,地势平坦开阔,是理想的风电场建设区域。 12 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 (3)崇明岛东部岸线,该区域为滩涂湿地保护区,为避免风力发电与滩涂湿地和候鸟保护之 间的相互影响,本工程场址暂不考虑选择该区域。 根据上述岸线利用情况分析,本风电场工程场址应选择崇明岛的北部偏东岸线。 2. 结合电网接入系统情况分析 从接入系统考虑,由于崇明岛东部南侧的陈家镇地区将建设崇明岛东部昀大的中心枢纽变电 站-陈家镇 220kV 变电站,在接近陈家镇的东部区域建设风电场,接入系统距离近,可节约风 电场接入系统投资。而在崇明岛的北部岸线向西,沿途农场及乡镇辖区内虽然都有变电站,如 35kV 前哨变电站、35kV 港沿变电站、35kV 前进变电站、110kV 长江变电站、110kV 红星变电 站等,但这些变电站的仓位备用间隔无法满足本工程的要求,不利于接入系统。因此,风电场工 程场址应选择靠近陈家镇变电站的区域。 根据上述对崇明岛风资源分布、岸线利用、接入系统情况综合如下: (1)根据风资源分布分析,风电场应选择东部沿岸区域,以及接近东部的南、北侧沿江岸 线。 (2)根据岸线利用情况分析,风电场应选择北部偏东沿岸区域。 (3)从接入系统考虑,风电场应选择以靠近陈家镇 220kV变电站的区域。 综合上述各方面的条件,本期风电场场址选择崇明岛北沿,且接近东部的沿岸地区,无论是 风资源条件,对岸线土地资源的充分利用、接入系统条件等,均是比较有利的。 13 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 3.3.2地理位置见图 本期新建风电场地理位 图 3-1 上海崇明风力发电场地理位置图 3.3.3风力资源 (1) 风电场所在地的自然环境和地理概况 崇明岛位于西太平洋沿岸中国海岸线的中部地区,地处中国昀大河流长江入海口,是全世界 昀大的河口冲积岛,也是中国仅次于台湾岛、海南岛的第三大岛 屿。全岛三面环江,一面临海, 西接滚滚长江,东濒浩瀚东海,全岛面积 1225 平方公里,东西长 80 多公里,南北宽 13 至 18 公里。岛上地势平坦,无山岗丘陵,90%以上的自然标高在 3.20m~4.20m左右(吴淞标高) 。岛 屿地理位置在东经 121?09′30〃至 121?54′00〃,北纬 31?27′00〃至 31?51′15〃。 14 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 上海崇明风力发电场拟建于上海市崇明岛北侧,北八?港以东,至东旺沙港两侧的沿岸地区, 场址周围环境空旷平坦,地面除部分人工构造物(如堤岸等),无其他自然地面障碍物。风电场 的风机沿当地昀外侧二条海堤 92、98 塘二排布置,利用岸线全长约 9km,其中东旺沙港西侧约 8km,东侧约 1km。92、98 塘的顶面高程基本在 7.5m左右,在海堤的外侧(北)为长江入海口 北支,海堤的内侧(南)为平坦的冲积平地,由滩涂围垦而成,土地以农业、渔业、绿化用地为 主,根据总体规划定位近、远期内无建设高大的建构筑物。 (2) 风电场所在地的气象及风资源概况 崇明岛位于中纬度地区的太平洋西海岸,属北亚热带海洋性季风 气候。根据上海市崇明侯家 镇气象站有关气象资料统计,风电场所在区域的主要气象要素见表 4-1。 表 3-1风电场所在区域主要气象要素表(崇明侯家镇气象站) 气象要素 单位 数值 多年平均气温 ? 15.4 多年平均年降水量 mm 1098.1 年平均雷暴日数 天 30.3 多年平均台风影响次数 次/年 3 多年平均雾日数 天 38.1 多年平均大气压 hPa 1016.1 多年平均水气压 hPa 16.4 多年平均相对湿度 % 81 盐雾 多发 崇明岛地处东亚季风盛行区,受冬夏季风影响,且四面临江(海),风力资源丰富。同时风 资源受人为建构筑物影响较小。崇明岛的风速分布与江海岸线的距离、大陆表面粗糙度和城市化 程度密切相关,总体表现为东部风速高于西部,沿岸风速高于中心区域,江面、海面风速昀大。 根据上统计,崇明侯家镇气象站平均风速在 3.6m/s1975~2005 年,20m高左右,比上海市区附 近的风速约大 1m/s;在临近江海岸线地区,临时观测气象哨的平均风速约比气象站平均风速大 15 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 1m/s 以上;在水陆交界处的沿海滩涂地区,空旷平坦的陆面 10m高空平均风速约为 4.8m/s 左右; 海面风速在 7m/s 以上。全年昀多风向主要出现在东南、西北和东北三个方位,其中尤以东南风 为昀多。西北风,东北风、偏北风主要出现在冬季,东南风主要出现在夏季,盛行风向冬夏反向 交替运行,春季和秋季是过渡季节。 (3) 崇明岛的风资源观测概况 崇明岛进行风要素观测的部门有气象、海洋、航道等部门。但从系统性和可靠性角度出发, 具有较高参考价值有侯家镇气象站和上海市电力公司专门为风力发电设立的测风塔观测系统。 1997 年至今,上海市电力公司先后于崇明岛东旺沙、团结沙、北沿等地建立了多座测风塔。此 外,与崇明岛隔水相望的上海大陆区域范围内建有南汇长江口沿岸、芦潮港杭州湾沿岸等建有多 座测风塔。侯家镇气象站和各测风站的位置见图 3-2。 图 3-2 崇明北沿、南汇测风塔和崇明侯家镇气象站分布图 (4) 风电场风资源资料的采集、检验和修正 参考气象站的基本概况: 崇明侯家镇气象站现位于崇明侯家镇,详见图 4-1。该气象站始建于 1959年。自建站以来, 16 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 由于周围环境等因素,气象站历经多次搬迁,历史搬迁情况见表 3-2。 表 3-2崇明侯家镇气象站基本情况表 候家镇气象站 项 目 1959 年 4 月 建站时间 1968 年 6 月以前采用维尔达风压器,1968 年 6 月-1980 年 1 月采用 EL 型电 仪器及检测 接风速风向仪,1980 年 1 月重新更换 EL 型电接风速风向仪直至现在。上海 市气象局每年检测一次,气象站每月自检一次。 1959 年 4 月建于崇明城桥镇,1962年 10 月迁至崇明侯家镇,1980 年 1月向 搬迁情况 西迁移 170 米到现站址。 1980年 1 月以前风杯高度为 12.4m,现风杯高度位于气象站三楼平台上, 安装高度 高度 20.4m 气象站东及东南方 150-200m有两座三层居民楼,其余为平房及棚舍,均 障碍物情况 建于 80 年前。 植被情况 以稻田、菜地为主,局部树高约 10m。 根据崇明侯家镇气象站的历史资料情况,考虑到本工程的特点和需要,本阶段收集了崇明侯 家镇气象站的风资源历史观测数据如下: ?1975 年以来气象站的实测年平均风速资料; ?气象站多年实测各风向频率统计资料; ?气象站多年月平均风速资料;?2004 年 5 月~2005 年 4 月历时风速、风向资料; 崇明侯家镇气象站由上海市气象局专业设置和维护管理,有较长时间的风速、风向观测记录 数据。其风速、风向数据均按气象专业部门的规定进行采集,并由专业人员对数据进行检验和修 17 上海交通大学MBA学位论文上海崇明风力发电场工程规划与设计研究 正。因此,不再对气象站的资料进行检验和修正。参考气象站风速、风向资料的统计分析:根据 崇明侯家镇气象站 1975年~2004 年风速数据统计,其多年平均风速为 3.6m/s,年平均风速变化 过程见图 3-3。 年平均 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 年份 图 3-3 崇明侯家镇气象站年平均风速变化过程 从图 3-3 中可以看出,崇明侯家镇气象站年平均风速在 1979 年至 1981 年期间存一次较大的 突变,结合崇明侯家镇气象站历史变迁情况的分析,1979年至 1981 年的风速突变显然是由于气 象站站址搬迁而造成的。1985 年后年平均风速有逐年减小的趋势,1985 年~1995年的多年平均 风速为 3.