措美哲古風(fēng)電場項目團隊利用智慧風(fēng)場的數(shù)字化和智能化技術(shù)，實時監(jiān)控現(xiàn)場天氣情況和機組運行情況，做到提前預(yù)警潛在故障，提前準備備用器部件，最終在無人值守或少人值班的前提下，降低了故障率、提升了發(fā)電量和經(jīng)濟效益。
向云端，山那邊，水里面……盛夏時節(jié)，坐落在我國西南邊陲的一個偏遠縣城——西藏自治區(qū)山南市措美縣一片祥和。這里天空蔚藍、雪山連綿、江水奔騰，圣潔的雪域高原吹拂的浩蕩長風(fēng)經(jīng)年不息。
8月3日，海拔5000多米的措美哲古風(fēng)電場迎來了它的“高光時刻”：5臺單機容量3.6兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機組威武矗立，喜馬拉雅北麓的山風(fēng)呼嘯而至，帶動葉片徐徐旋轉(zhuǎn)化為電流，轉(zhuǎn)瞬間并入電網(wǎng)，點亮萬家燈火。
“這是西藏自治區(qū)首個超高海拔風(fēng)電開發(fā)技術(shù)研究和科技示范項目，也是首個并入西藏主電網(wǎng)的風(fēng)電項目。”三峽集團措美哲古風(fēng)電場項目負責(zé)人王亮告訴科技日報記者，此次投產(chǎn)的3.6兆瓦風(fēng)電機組是目前我國超高海拔地區(qū)已投產(chǎn)容量最大的風(fēng)電機組，待風(fēng)電場項目全部投產(chǎn)后，年發(fā)電量將超過2億千瓦時，可以滿足周邊近14萬個家庭一年的用電量。
青藏高原的優(yōu)質(zhì)風(fēng)能不可辜負
措美哲古風(fēng)電場的風(fēng)機建設(shè)在海拔5000米至5200米之間，總裝機72.6兆瓦。為何要堅持在世界屋脊建設(shè)風(fēng)電場?王亮的回答言簡意賅：這里的風(fēng)能資源不可辜負!
打開中國地形圖，遼闊的青藏高原引人矚目。這里的山脈多呈東西走向，地勢由西向東降低，地面海拔高程伴隨緯度的升高發(fā)生急劇變化，更加助長了西風(fēng)的強度和頻次。
氣象數(shù)據(jù)顯示，青藏高原有著豐富的風(fēng)能資源，西藏自治區(qū)風(fēng)能蘊藏量約為1.9億千瓦，居全國第八位。風(fēng)能資源在每秒7米以上的區(qū)域約占青藏高原總面積的30%，主要分布于海拔4800米以上的高山地區(qū)，技術(shù)可開發(fā)量約1.8億千瓦。
“目前，西藏自治區(qū)的電源結(jié)構(gòu)以水電和光伏為主，水力發(fā)電量占總發(fā)電量的89.81%，太陽能發(fā)電量占7.73%。”王亮表示，西藏的電能還有著“夏盈冬缺、晝盈夜缺”的特點。
由于西藏自治區(qū)基礎(chǔ)電源都是水電和光伏電，因此在冬季來水偏少的情況下，會有一定程度的缺電。同樣，光伏電站也是白天日照充足的時候發(fā)電量大。而措美哲古風(fēng)電場發(fā)電量最大的時候往往是在冬季，夜間用電的高峰期也恰是風(fēng)機發(fā)電最多的時候。“所以，措美哲古風(fēng)電場的建設(shè)，可為改善西藏電源結(jié)構(gòu)起到積極作用。”王亮說。
建設(shè)高海拔風(fēng)電場面臨諸多難題
海拔5000米，已經(jīng)接近超高海拔與極高海拔的臨界點，其氣流條件、氣壓條件和氣候條件都對機組性能提出了更高的要求。建設(shè)高海拔風(fēng)電場，面臨著諸多難題。
業(yè)內(nèi)流行著這么一句話：高海拔地區(qū)的風(fēng)“有氣無力”。這是因為風(fēng)能大小與空氣密度成正比，而高海拔地區(qū)空氣密度低，因此與平原地區(qū)同等風(fēng)速條件相比，這里的風(fēng)機轉(zhuǎn)速更慢，發(fā)電功率更低，總結(jié)成一句話：“風(fēng)大，但帶不動。”
不僅如此，高原地區(qū)風(fēng)速變化快，有時早晚風(fēng)力小，中午卻刮起超強大風(fēng)。風(fēng)速的劇烈變化導(dǎo)致風(fēng)機功率波動較大，不僅有損機組的核心器部件，還對平穩(wěn)發(fā)電造成不利影響。此外，氣壓低的高海拔地區(qū)散熱條件差，這就容易導(dǎo)致風(fēng)機軸承過熱，降低機組使用壽命。有時，風(fēng)機還會面對冰雹、雷劈等極端氣候條件。在超高海拔環(huán)境中，還有紫外線強度高、高低溫變化劇烈、風(fēng)沙雨雪沖刷頻繁等問題，這都對風(fēng)機葉片性能提出了更高要求。
在大家的印象中，風(fēng)機總是慢悠悠地旋轉(zhuǎn)，殊不知，風(fēng)機葉片前緣的運動速度有時可以達到高鐵的時速。
青藏高原地區(qū)的風(fēng)機經(jīng)常遇到氣流干擾現(xiàn)象。王亮告訴記者，就像大家平時坐飛機遇到氣流干擾時一樣，高速運動的風(fēng)機如果遇到氣流干擾，同樣會發(fā)生顛簸，這會影響發(fā)電效率。
建設(shè)高海拔風(fēng)電場，施工也是個難題。一些施工機器也會產(chǎn)生“高原反應(yīng)”，出現(xiàn)降耗降容的現(xiàn)象，比如起吊機械時，由于氧氣不足、燃燒不充分，導(dǎo)致施工設(shè)備無法達到與平原地區(qū)相同的出力效果。
技術(shù)創(chuàng)新“治好”風(fēng)機“高原反應(yīng)”
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)驗可循、無技術(shù)可依。依靠技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)計優(yōu)化，措美哲古風(fēng)電場項目成功實現(xiàn)了在超高海拔地區(qū)高效率發(fā)電。
針對高海拔環(huán)境，措美哲古風(fēng)電場的機組選擇了葉片長度更長的風(fēng)機產(chǎn)品，加大機組掃風(fēng)面積，增強捕風(fēng)能力。王亮為科技日報記者打了一個形象比方：“如果說平原地區(qū)的風(fēng)是一碗米飯，那么高原地區(qū)的風(fēng)就是一碗稀飯，我們要通過把碗變大來‘喂飽’風(fēng)機。”因此，措美哲古風(fēng)電場機組的葉輪直徑較其他地區(qū)的同等功率機組增加了20米左右，使其掃風(fēng)面積增加了近30%，相當(dāng)于多出11個籃球場那么大的面積。
針對高海拔地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境，在風(fēng)機葉片研發(fā)過程中，項目團隊在葉片表面采用高耐候性、高耐磨性、高彈性的膠衣及面漆涂層，以延緩葉片老化。“如果說低海拔地區(qū)機組葉片穿的是普通棉服，那么高原機組的葉片穿的就是高科技沖鋒衣。”王亮表示，這樣的設(shè)計能最大程度地保護葉片，抵御惡劣環(huán)境，保證機組的質(zhì)量和運行壽命。
針對西藏空氣密度較低這一特點，項目團隊優(yōu)化了葉片的氣動外形設(shè)計，提高了葉片對氣流的適應(yīng)性，從而穩(wěn)定了機組的功率輸出。
“為了解決施工建設(shè)難題，在措美哲古風(fēng)電場項目中，我們借助數(shù)字技術(shù)，最大限度地扭轉(zhuǎn)了自然環(huán)境帶來的困局。”王亮告訴記者，項目團隊利用智慧風(fēng)場的數(shù)字化和智能化技術(shù)，實時監(jiān)控現(xiàn)場天氣情況和機組運行情況，做到提前預(yù)警潛在故障，提前準備備用器部件，最終在無人值守或少人值班的前提下，降低了故障率、提升了發(fā)電量和經(jīng)濟效益。
不僅如此，高海拔地區(qū)的風(fēng)機壽命一般要比平原風(fēng)機的壽命短。但是，由于采取了一系列獨特設(shè)計，措美哲古風(fēng)電場的高原風(fēng)機壽命已經(jīng)達到和平原風(fēng)機同等的水平，即20年以上。
從海洋到陸地，從平原到高原甚至沙漠，近年來，我國持續(xù)推進大型風(fēng)電光伏等可再生能源建設(shè)。截至2023年上半年，全國可再生能源裝機達到13.22億千瓦，同比增長18.2%，歷史性超過煤電，大約占到我國總裝機的48.8%;其中，風(fēng)電裝機3.89億千瓦，上半年發(fā)電量4628億千瓦時，同比增長20%。
三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示，西藏措美哲古風(fēng)電場成功建設(shè)，為后續(xù)超高海拔地區(qū)“基地化、規(guī)?；?、集中連片”風(fēng)電開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)，對我國超高海拔風(fēng)電開發(fā)建設(shè)和地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展都具有十分重要的意義。
來源：科技日報 記者 何 亮
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