走近大國工程丨在藏北高原“追風”探訪全球超高海拔地區(qū)裝機規(guī)模最大風電項目

位于藏北高原的那曲歐瑪亭嘎風電場（局部）。

風電機組吊裝現(xiàn)場。

風機葉片運輸途中。

工作人員正在安裝發(fā)電機螺栓。

風機基礎混凝土澆筑作業(yè)中。（以上圖片均由受訪者提供）

臘月的藏北高原，寒風凜冽，修長的風機葉片悠悠轉(zhuǎn)動，似水袖舞動，仿佛在講述青藏高原的變化。

風機所在地，是全球超高海拔地區(qū)裝機規(guī)模最大風電項目——國家能源集團西藏那曲歐瑪亭嘎風電場（以下簡稱“那曲風電場”）。今年1月1日，該風電場正式全容量并網(wǎng)發(fā)電，預計每年通過當?shù)仉娋W(wǎng)向那曲市送電約2億度，可滿足約23萬人一年的用電需求。

那曲地處西藏的北大門，是全國五大牧區(qū)的重要組成部分，素有“江河源”“中華水塔”之稱，平均海拔在4500米以上。氣候、自然、交通等條件較為惡劣，為什么要在這里建設風電場？在藏北高原“追風”有多難？建設者們?nèi)绾瓮黄浦刂仉y關？讓我們一起去探訪。

與時間賽跑、經(jīng)受高原極端環(huán)境考驗

讓寒風變綠電那曲冬更暖

“世界屋脊”青藏高原，土地面積廣闊，自然資源豐富，風能是最為重要的能源資源之一。但與全國其他地區(qū)相比，西藏電力工業(yè)發(fā)展相對滯后，那曲作為我國海拔最高的城市，受地理位置和氣候條件等因素影響，電源建設起步晚，電網(wǎng)比較薄弱，冬季電力供應緊張，用電取暖還是件很奢侈的事情。那曲風電場就是為解決這一問題而建。　

“作為西藏2023年電力保障性項目，那曲風電場必須在當年建成，且只能成功、不能失敗。”時隔一年，國家能源集團西藏電力有限公司那曲分公司工程建設部負責人田江偉依舊清楚地記得這句話。這是去年初公司全體干部職工接到的指令，“開局即沖刺、開戰(zhàn)即決戰(zhàn)，我們要和時間賽跑。”

說風電場建設爭分奪秒，這毫不夸張。因為前期進場急、高原氣候條件差、總體任務重。

招投標和建設用地審批是項目備案后、開工前最緊急的工作。“1個多月完成了施工、設計、監(jiān)理等環(huán)節(jié)招投標，15天備齊40多項資料拿到動土許可，各項工作緊湊高效，仿佛開了‘倍速’。”原以為從去年4月20日正式動工開始，一切就能恢復正常，但田江偉說這不過是又一個開始。

一般來說，在理想條件下建設一個10萬兆瓦風電場至少需要一年。那曲風電場平均海拔4650米，其風機采用25臺單機容量4兆瓦的陸上直驅(qū)風力發(fā)電機組，總裝機量達100兆瓦，想要“超額”完成任務，時間壓力可想而知，超高海拔的極限考驗超乎想象。

含氧量降低。“人和機器都出現(xiàn)了‘高反’，降效嚴重。原本幾分鐘就能完成的工作，在那曲至少要半個小時。”田江偉介紹，效率打折，就要在量上“補救”。“為了保證進度，項目調(diào)度了更高功率的機械，投入成倍的人員力量。”

高寒疾風、天氣變幻無常。每年10月至次年4月是強風、冰雪期，不具備施工條件。因此必須搶抓有利窗口期，“能早動一點是一點，多動一點是一點”。除此之外，“上一秒晴空萬里，下一秒風雨來襲”更是家常便飯。令田江偉印象深刻的是一次葉片吊裝，當葉輪對接發(fā)電機時狂風驟起。“風突然從四面八方吹來，風速從3米每秒一下子提升到30多米每秒，當時我們所有人的心都提到嗓子眼，簡單商議后便立即決定所有人拉著纜風繩不動，讓葉輪抵靠發(fā)電機作臨時支撐，就這樣撐了3個多小時。”

超高海拔區(qū)長冬無夏，晝夜溫差大，最溫暖的時候溫差可達20攝氏度，中午也得穿著厚外套。正是由于溫度的起伏變化，土層反復凍融，這無疑加大了混凝土澆筑難度，稍有不慎就會出現(xiàn)裂縫，甚至在受力后破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成斷層、冷縫等質(zhì)量事故。

高原的嚴苛條件無法改變，項目建設者唯有日夜堅守，積極試驗，找尋應對辦法。“這是第一次在超高海拔地區(qū)建設如此大規(guī)模風電項目，絕大多數(shù)參建者都沒有高原施工的經(jīng)驗，大家得‘摸著石頭過河’。”田江偉介紹，通過該項目建設，團隊研發(fā)并成功應用了超高海拔高性能纖維混凝土，掌握了超高海拔地區(qū)大體積風機混凝土施工工藝，同時總結(jié)了高海拔混凝土強度增長慢、易裂縫等問題預防經(jīng)驗，保證了澆筑質(zhì)量。

攻破基礎澆筑難題，只是項目團隊精誠協(xié)作、艱苦奮戰(zhàn)的一個縮影。在過去8個多月時間里，建設者們奔波勞碌、爬冰臥雪，通過藏北高原的重重考驗，讓寒風變綠電、那曲冬更暖。

自主研發(fā)“智選”平臺、量身打造風電機組

國產(chǎn)設備打破技術封鎖解決建設難題

那曲風電場場址位于那曲市色尼區(qū)那曲鎮(zhèn)境內(nèi)，接近市中心。在此處建風電場又是出于什么考量？

主要是結(jié)合當?shù)刭Y源稟賦特點，從實際需求出發(fā)。中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司那曲風電項目負責人郭宗強解釋，那曲電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)以光伏為主，不僅極不穩(wěn)定，一到冬季，夜間光伏發(fā)電能力明顯下降，無法滿足用電需求，電力缺口較大。“色尼是負荷中心，在這里建立風電場作為電力保障，可以實現(xiàn)區(qū)域電源電站風光互補。”

確定那曲鎮(zhèn)只是風電場選址的第一步，為了使風能資源利用最大化、降低開發(fā)成本，還要根據(jù)風資源評估結(jié)果進一步縮小范圍，即所謂微觀選址。這并非易事。

“那曲的風速風向變化無常，‘毫無章法’，強勁的大氣湍流使得周邊空氣壓強、速度、溫度起伏大，風資源評估難度較大。”東方電氣風電股份有限公司風電研究設計院整體解決方案負責人楊奎濱說，微觀選址工作并沒有受此影響，因為使用了公司自主開發(fā)的“風能智選”平臺。

“‘風能智選’就像一個參謀，通過建立覆蓋全球的高分辨率氣象格點數(shù)據(jù)庫，對接分析地理信息、機型、測風等6類數(shù)據(jù)，提供從測風、選址、風資源精準評估到風電場規(guī)劃的一體化設計，解決超高海拔地區(qū)風資源評估困難和選址布機難的問題。”楊奎濱介紹，從2019年至今，東方電氣始終致力于“風能智選”平臺的建設開發(fā)，不僅打造出適應我國的風電應用場景，更打破了風資源工業(yè)軟件的國外壟斷，解決了風電工業(yè)軟件“卡脖子”問題。

解決了選址問題，如何在世界之巔實現(xiàn)風與電的順利轉(zhuǎn)換？那曲風電場依靠的是強大“科技心臟”——25臺DEW-D4000-172型永磁直驅(qū)風電機組。據(jù)了解，這組高塔架風電機組是為風電場量身打造，它們身型統(tǒng)一，給人的第一印象是身材高挑：距地面約100米高的風機輪轂，掃風面積相當于3.3個標準足球場大小的葉輪，長度達84.5米的葉片。

從性能上來看，風電機組“身體棒、不缺氧、無高反”，發(fā)電能力強——

直驅(qū)風電，把“有氣無力的風”更好地轉(zhuǎn)化成能量。通常而言，風能大小與空氣密度成正比，高海拔地區(qū)空氣密度大約只有平原地區(qū)的一半，同等條件下發(fā)電功率更低。“‘直驅(qū)’減少風能轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)及損耗，通過湍流預估、風向預測偏航、智能失速檢測技術，提高轉(zhuǎn)化效率，攻克葉片失速等難題，實現(xiàn)機組在復雜地形的穩(wěn)定、高效運行。”東方電氣風電股份有限公司風電研究設計院副院長曾志說。

紫外線、低溫、風沙雨雪的考驗，也都對風電機組葉片性能提出了更高要求。曾志介紹，研發(fā)設計團隊針對這一問題，優(yōu)化了葉片氣動外形，并按20年壽命要求的標準，采用一系列防紫外線技術，抑制油漆老化開裂以及外露部件加速老化。

山地區(qū)域高濕環(huán)境下，風電機組啟動工作所需最低電壓相對較高，電氣元件容易因絕緣電阻降低導致電氣短路故障。為此，研發(fā)設計團隊進行了人工高海拔氣候模擬試驗技術分析，多物理場仿真及多因子老化評估，對發(fā)電機的絕緣結(jié)構(gòu)、耐壓等做了定制化設計，為變流器等主要電氣元件優(yōu)化了加熱除濕技術。

超高海拔地區(qū)，如何知道風電機組是否正常運行？智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)和集群控制系統(tǒng)來幫忙。每臺風機都配置了智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)，可采集機組傳動鏈、葉片、塔筒及螺栓運行高頻信號，結(jié)合智能算法分析及專家診斷，預警大部件運行潛在風險并提升運維能力。集群控制系統(tǒng)則通過功率預測數(shù)據(jù)參與風電場能量控制，根據(jù)能量需要，分配各風機做多少功、發(fā)多少電。“智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)就好比風機的‘醫(yī)生’，集群控制系統(tǒng)如同‘管家’，都是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能管理系統(tǒng)。”曾志說。

據(jù)統(tǒng)計，那曲風電場正式投運以來，已為當?shù)毓╇?80萬千瓦時。羌塘草原的風點亮了千家萬戶的燈，于我國風電行業(yè)而言，該風電場全容量投產(chǎn)，不僅是超高海拔地區(qū)風電開發(fā)史上的一大進程，更是一次超高海拔地區(qū)風電技術的重大突破，對于推動高海拔風機研發(fā)應用和高海拔風電項目規(guī)模化開發(fā)具有重要示范作用。

嚴格執(zhí)行草皮剝離要求、精心養(yǎng)護管理

努力把工程施工對環(huán)境影響減至最低

西藏是我國重要的生態(tài)安全屏障、清潔能源資源接續(xù)基地。當前，當?shù)氐锰飒毢竦哪茉磧?yōu)勢得到長足發(fā)展，據(jù)國網(wǎng)西藏電力有限公司透露，2023年藏區(qū)清潔能源發(fā)展迅猛，總體占比超90%，西藏電網(wǎng)基本實現(xiàn)清潔能源供電。

高原清潔能源的發(fā)展?jié)摿Γ认胂笾懈鼮閺妱拧５咴纳鷳B(tài)環(huán)境比想象中更加脆弱。

高原牧區(qū)，草地是畜牧業(yè)發(fā)展的關鍵。“這里養(yǎng)分循環(huán)慢、土壤生成速度慢，植被更新速度慢，如果破壞了牧草生長，很長時間都無法恢復，會讓當?shù)啬撩穹浅Ｐ奶邸！眹夷茉醇瘓F西藏電力有限公司那曲分公司安全環(huán)保部負責人袁正勇告訴記者，那曲風電項目在設計之初就把環(huán)保問題考慮在內(nèi)，努力把工程施工對環(huán)境的影響減至最低，確保原有景觀不受破壞，地表水和地下水水質(zhì)不受污染，草原植被得到有效保護，噪聲、振動和揚塵的環(huán)境影響得到有效控制。

該項目占地面積14萬平方米，免不了要動土開荒。為了最大限度保護草原植被，建設者嚴格執(zhí)行草皮剝離要求，把場內(nèi)40公里新建道路、25臺風機機位處草皮連同根部土壤一并剝離。

采訪時，袁正勇向記者展示了一張草皮剝離堆存的圖片：在新建道路兩旁，是一塊塊整齊擺放的草皮，上面覆著一層防沙網(wǎng)。“每塊草皮剝離的厚度為30厘米，經(jīng)專家建議，我們借鑒高原地區(qū)臨時存放經(jīng)驗，將草皮就近平鋪存放，以避免過度轉(zhuǎn)運造成傷害。”

臨時存放在路邊的草皮會派專人進行養(yǎng)護、管理，防止人員、車輛踐踏和牛羊啃食，還會定期根據(jù)土壤含水量進行灑水養(yǎng)護，并根據(jù)草皮的長勢適當施肥。待到復綠階段，通過建設恢復示范點，試驗恢復成效，總結(jié)實踐經(jīng)驗，再大范圍推廣。

此外，在建設期間，建設者通過灑水、清洗、封閉、集中收集等方式，做好棄渣、揚塵、廢水和施工廢棄物處置管理。

建設者們對西藏生態(tài)環(huán)境的守護，在風電場投產(chǎn)后得到延續(xù)，并帶來顯著的環(huán)境效益。據(jù)了解，風電場每年所提供的清潔電能，相當于節(jié)約標準煤6萬噸，減少二氧化碳排放量16萬噸。它的建成進一步減少對化石燃料的依賴，降低對環(huán)境的破壞和污染。