楊 璐，周 成

(1.國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)源電力有限公司，北京 100033；2.新疆龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，烏魯木齊 830054)

0 引言

在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的歷史使命下，大力發(fā)展風(fēng)電等新能源，提高新能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比，對(duì)促進(jìn)中國(guó)低碳發(fā)展、減少環(huán)境污染具有重要意義。據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2021 年中國(guó)單位千瓦時(shí)火電發(fā)電量的CO2排放量約為558 g，相比2020 年和2005 年分別降低了1.2%、35.0%[1]。作為對(duì)比，2021 年中國(guó)的單位千瓦時(shí)火電發(fā)電量的CO2排放量約為828 g，由此可見，風(fēng)電、光伏發(fā)電等非化石能源發(fā)電在減少溫室氣體排放中的貢獻(xiàn)巨大。國(guó)家出臺(tái)了一系列政策措施，持續(xù)推進(jìn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)展。2022 年5 月14，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)通知，要求認(rèn)真貫徹落實(shí)《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》[2]，繼續(xù)發(fā)揮新能源在能源保供、增供方面的作用，提出創(chuàng)新新能源開發(fā)利用模式，加快推進(jìn)“沙、戈、荒”地區(qū)重點(diǎn)大型風(fēng)電光伏發(fā)電基地建設(shè)。2023 年3 月28 日國(guó)家能源局發(fā)布的《〈關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案〉案例解讀》[3]，繼續(xù)對(duì)風(fēng)電快速發(fā)展予以支持，要求能建盡建、能并盡并、能發(fā)盡發(fā)，持續(xù)推動(dòng)構(gòu)建以清潔低碳能源為主體的能源供應(yīng)體系。

截至2022年底，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為3.65億kW[4]，是2010年4473萬kW裝機(jī)容量的8.16倍[5]。2022 年中國(guó)風(fēng)電發(fā)電量超8192 億kWh，較2021年增加了1636 億kWh。2022 年中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量為1.19 萬億kWh，比上一年增加2073 億kWh。風(fēng)電裝機(jī)和發(fā)電量逐年升高，表示中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭。與此同時(shí)，電網(wǎng)消納能力有限、風(fēng)電與電網(wǎng)發(fā)展不協(xié)調(diào)、國(guó)家逐步取消補(bǔ)貼等問題制約了中國(guó)風(fēng)電投資收益。因此，通過技改增效或者退役改造等手段，增加老舊風(fēng)電場(chǎng)的盈利能力，成為當(dāng)前需要解決的重大課題。

中國(guó)風(fēng)電開發(fā)及分布主要以陸上風(fēng)電為主，數(shù)據(jù)表明：2021 年底，中國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量中，陸上風(fēng)電占比約為91.82%[6]，因此，如何從現(xiàn)實(shí)途徑分析并解決目前陸上老舊風(fēng)電場(chǎng)面臨的問題，找到陸上老舊風(fēng)電場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的方向，具有重要指導(dǎo)價(jià)值和實(shí)踐意義。鑒于此，本文針對(duì)陸上老舊風(fēng)電場(chǎng)，探討目前中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的問題，并提出了有針對(duì)性的解決方法。

1 中國(guó)風(fēng)電發(fā)展歷程

中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r如圖1 所示。中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展大致可分為5 個(gè)階段[7]：1)示范階段(1986—2002 年)，此階段的風(fēng)電裝機(jī)容量較小、大多來自進(jìn)口，主要發(fā)展方式是“引進(jìn)→吸收→再創(chuàng)造”，基本上屬于專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)階段；2)起步階段(2003—2005 年)，國(guó)家積極出臺(tái)多項(xiàng)鼓勵(lì)政策，投資主體在風(fēng)電特許權(quán)的鼓舞下積極進(jìn)場(chǎng)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)呈鋪開趨勢(shì)；3)飛躍發(fā)展階段(2006—2010 年)，多項(xiàng)風(fēng)電政策和實(shí)施細(xì)則的出臺(tái)了以及各級(jí)政府在行政審批管理上的支持和投入，助推了全國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)提速；4)深入調(diào)整階段(2011—2020 年)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈開始形成相對(duì)成熟的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)營(yíng)、電力出清全鏈條能力，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展從模仿跟隨變?yōu)橐I(lǐng)創(chuàng)造，但與此同時(shí)，也出現(xiàn)了大規(guī)?！皸夛L(fēng)限電”，老舊風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備老化、電網(wǎng)消納能力有限、售電補(bǔ)貼逐步取消等突出問題；5)成熟發(fā)展階段(2021—2050 年)，2021 年風(fēng)電全面進(jìn)入平價(jià)時(shí)代，在風(fēng)電的平準(zhǔn)化度電成本繼續(xù)下降的驅(qū)動(dòng)下，高效率、高可靠性、低成本將成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的持續(xù)推動(dòng)力。

圖1 中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩rFig.1 Development status of wind power industry in China

按照風(fēng)電機(jī)組20 年設(shè)計(jì)壽命計(jì)算，到2025年中國(guó)將出現(xiàn)超過1.2 GW的風(fēng)電機(jī)組退役規(guī)模[9]，而根據(jù)中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量逐年增加的趨勢(shì)推算，2025 年之后將有更多的老舊風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組步入壽命末期。2021 年12 月，國(guó)家能源局綜合司發(fā)布的《風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)和退役管理辦法(征求意見稿)》(下文簡(jiǎn)稱為“《征求意見稿》”)中鼓勵(lì)并網(wǎng)運(yùn)行超過15 年的風(fēng)電場(chǎng)開展改造升級(jí)和退役，這一辦法則將風(fēng)電場(chǎng)面對(duì)此類問題的時(shí)間判斷進(jìn)行了向前平移?！墩髑笠庖姼濉分械母脑焐?jí)和退役主要針對(duì)常規(guī)意義上的“小機(jī)組”，而截至2020 年底，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為290 GW，其中1.5 MW 及以下的風(fēng)電機(jī)組機(jī)型占比約為33.9%，裝機(jī)容量共98 GW 左右。從風(fēng)電機(jī)組機(jī)型來看，這些風(fēng)電機(jī)組均是常規(guī)意義上的“小機(jī)組”，可以被3 MW 及以上的“大機(jī)組”替代。從數(shù)量來看，“十四五”、“十五五”期間將分別有1100 臺(tái)、32600 臺(tái)發(fā)電機(jī)組面臨退役[10]。

2 老舊風(fēng)電場(chǎng)面臨的問題

受技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不足、風(fēng)電機(jī)組機(jī)型選擇范圍小、微觀選址和早期評(píng)估粗糙等多重因素影響[11]，老舊風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組機(jī)型、布局與當(dāng)前技術(shù)相比普遍落后。隨著時(shí)間的發(fā)展，老舊風(fēng)電場(chǎng)面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)維管理等方面的問題，具體如圖2 所示，在日常運(yùn)行中，預(yù)估風(fēng)速不準(zhǔn)確、維護(hù)成本變大、實(shí)時(shí)功率特性與設(shè)計(jì)指標(biāo)偏差巨大等情況現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，給風(fēng)電場(chǎng)健康持續(xù)運(yùn)營(yíng)帶來一系列難題。

圖2 老舊風(fēng)電場(chǎng)面臨問題的框圖Fig.2 Block diagram of problems faced by old wind farm

2.1 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題

由于風(fēng)電機(jī)組服役年限的持續(xù)增加，由于風(fēng)電機(jī)組原有零部件老化導(dǎo)致的運(yùn)行損耗和發(fā)熱量增加，機(jī)組原有的通風(fēng)散熱系統(tǒng)無法滿足散熱需求，但是高溫故障率較高的變頻柜、電控柜所處空間有限，因此散熱改造難度大；老化風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)墜落、折斷的概率逐年增大，這類由于內(nèi)生性因素(疲勞、結(jié)構(gòu)缺陷、材料強(qiáng)度不足等)和外源性因素(風(fēng)沙點(diǎn)蝕、強(qiáng)陣風(fēng)沖擊、低溫脆斷等)耦合作用所導(dǎo)致的問題，不能通過技術(shù)改造得到完全解決。

老舊風(fēng)電機(jī)組原有的一系列關(guān)鍵零部件，例如：轉(zhuǎn)子、葉片、偏航系統(tǒng)、齒輪箱、軸承、發(fā)電機(jī)、潤(rùn)滑等頻繁出現(xiàn)問題，并不能通過離散的、小規(guī)模的技術(shù)改進(jìn)徹底解決。一方面，受早期設(shè)計(jì)制造能力的影響，長(zhǎng)期運(yùn)行的老舊風(fēng)電機(jī)組因環(huán)境適應(yīng)性降低、風(fēng)電機(jī)組檢修難度大等問題導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益降低，收益不足以覆蓋運(yùn)營(yíng)成本。另一方面，老舊風(fēng)電場(chǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)受技術(shù)條件所限，在項(xiàng)目整體規(guī)劃、微觀選址、資源利用率等方面均存在缺陷，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的年等效利用小時(shí)數(shù)偏低，收益提升空間有限。

老舊風(fēng)電場(chǎng)技改經(jīng)濟(jì)難題主要為資金投入困難，具體表現(xiàn)為：受收益不理想、財(cái)政補(bǔ)貼兌現(xiàn)不及時(shí)的影響，技改貸款資本金出資困難；受金融機(jī)構(gòu)對(duì)技改效果和收益償還不確定性擔(dān)憂的影響，風(fēng)電場(chǎng)從金融機(jī)構(gòu)獲得的貸款額度不及預(yù)期[12]。多重因素疊加增加了老舊風(fēng)電場(chǎng)收益、融資額度的不確定性，導(dǎo)致其進(jìn)行技改的經(jīng)濟(jì)難題不易破解。

2.2 運(yùn)維和管理問題

由于老舊風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)時(shí)間早、規(guī)模小，運(yùn)維和管理方面存在風(fēng)電機(jī)組、人員、備品、備件相對(duì)分散的缺點(diǎn)。一方面，老舊風(fēng)電場(chǎng)很難配置基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)電資源管理體系和方法，影響了采用量化管理等手段對(duì)資金、人員、物料等關(guān)鍵資源的合理調(diào)度；另一方面，風(fēng)電場(chǎng)的計(jì)劃性維護(hù)并不足以解決設(shè)備故障、葉根螺栓斷裂、溫控閥異常等突發(fā)性需求，而非計(jì)劃性維護(hù)則容易受到備件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、故障發(fā)生時(shí)間等因素的影響。

2.3 其他問題

受早期并網(wǎng)規(guī)劃、送出路線、配置升壓站等措施的影響，電網(wǎng)承受能力不能滿足老舊風(fēng)電場(chǎng)改造后的送出需求，風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)者需協(xié)調(diào)送出線路投資或者增資；技改時(shí)增高塔筒、增長(zhǎng)葉片的需求可能涉及到部分道路拓寬或路線變更，而生態(tài)紅線的劃定可能會(huì)限制此類變動(dòng)；當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)和電力安全還可能受到風(fēng)電場(chǎng)改造的影響，行業(yè)對(duì)此類問題的密切關(guān)注與需求日益突出。

3 老舊風(fēng)電場(chǎng)的退役改造

3.1 改造方案選擇

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行周期接近20 年設(shè)計(jì)壽命的老舊風(fēng)電場(chǎng)，一般可以采取3 種改造方式：

1)經(jīng)過全面評(píng)估之后，對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)大、檢維修價(jià)值低且臨近退役或超期服役的風(fēng)電機(jī)組，全部退役拆除并恢復(fù)場(chǎng)地植被；

2)對(duì)于目前改造資金相對(duì)不足的老舊風(fēng)電場(chǎng)，可以在綜合考慮財(cái)務(wù)可持續(xù)性和改造投入成本間的平衡關(guān)系后，采取“檢修+局部改造”的技改增效方式，延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組壽命；

3)基于風(fēng)電機(jī)組性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，采取“以大代小”模式對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行等容改造或者增容改造。這種改造方式中，可能有部分老舊風(fēng)電機(jī)組予以策略性保留。

第1 種改造方式不僅涉及到風(fēng)電機(jī)組拆卸、地基拆除、植被恢復(fù)問題，還涉及到風(fēng)能資源浪費(fèi)和原有風(fēng)電場(chǎng)投資主體的利益受損問題。一方面，中國(guó)老舊風(fēng)電機(jī)組大部分都位于風(fēng)能資源相對(duì)充裕、交通相對(duì)便利的Ⅰ、Ⅱ類風(fēng)區(qū)，關(guān)閉風(fēng)電場(chǎng)會(huì)造成該地區(qū)的資源浪費(fèi)；另一方面，風(fēng)電場(chǎng)的退役成本涉及到原有設(shè)備處置費(fèi)用、生態(tài)修復(fù)費(fèi)用、拆除過程中的排污費(fèi)用，以及可能的環(huán)境污染補(bǔ)償費(fèi)用，這些費(fèi)用是否或者多大程度上由原風(fēng)電場(chǎng)投資主體承擔(dān)，目前并沒有完善的政策支持和保障體系。綜上所述，雖然老舊風(fēng)電場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)具有社會(huì)公益價(jià)值，但關(guān)閉老舊風(fēng)電場(chǎng)是否是改造最優(yōu)選擇仍需進(jìn)一步討論。

第2 種技改增效改造方式，老舊風(fēng)電場(chǎng)施行起來也存在困難。一是老舊風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益一般較差，很難籌措到足夠的資金繼續(xù)投入；二是對(duì)超過運(yùn)行年限的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行大修、零部件維修或更換時(shí)，由于90 年代風(fēng)電機(jī)組大多是從歐美引進(jìn)，導(dǎo)致零部件采購(gòu)困難；三是改造后的舊風(fēng)電機(jī)組的容量一般仍會(huì)低于目前的先進(jìn)風(fēng)電機(jī)組，容量提升不足。在風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量不變的情況下，通過將葉片加長(zhǎng)或加裝葉尖小翼[13]、定槳升級(jí)變槳、優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行模式進(jìn)行技改增效，對(duì)處于運(yùn)營(yíng)末期風(fēng)電場(chǎng)而言，可使其發(fā)電量提升70%～100%[14]，但繼續(xù)技改帶來的效果翻倍的空間較小，且相比于“以大代小”改造方式的提升效果有限。

綜上所述，技改增效和“以大代小”這兩種改造方式均可以延長(zhǎng)風(fēng)電場(chǎng)壽命周期，增加或延長(zhǎng)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率、發(fā)電性能及可持續(xù)性。只采用“以大代小”改造方式則可能出現(xiàn)“一刀切”、重復(fù)投資、資源浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)，而技改增效方式對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量提升的幫助不大。因此，應(yīng)在綜合評(píng)估比較兩種改造方式的投資成本、收益等關(guān)鍵指標(biāo)后，采用單獨(dú)或組合實(shí)施的方案。

3.2 改造時(shí)注意的要素

1)風(fēng)電場(chǎng)改造時(shí)，場(chǎng)地重新平整、集電線路改造、道路拓寬、設(shè)備運(yùn)輸?shù)冗^程會(huì)對(duì)原地表植被、土壤濕度、景觀優(yōu)勢(shì)、生態(tài)群落穩(wěn)定性、物種多樣性破壞，因此應(yīng)采取有效的預(yù)防和恢復(fù)措施。

2)風(fēng)電場(chǎng)改造時(shí)可能對(duì)周圍野生動(dòng)物，尤其是鳥類產(chǎn)生影響，可以利用既有風(fēng)電場(chǎng)對(duì)鳥類進(jìn)行觀測(cè)、分析，采取適當(dāng)?shù)木徍筒呗?，必要時(shí)啟動(dòng)改善鳥類周邊環(huán)境的補(bǔ)償機(jī)制[15]。

3)改造時(shí)應(yīng)重視由于國(guó)家、省市對(duì)生態(tài)紅線的重新劃定而引起的場(chǎng)界超出生態(tài)保護(hù)紅線，以及國(guó)家林業(yè)和草原局《關(guān)于規(guī)范風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)使用林地的通知》(林資發(fā)[2019]17 號(hào))發(fā)布后所出現(xiàn)的新的林地侵占問題，要足夠重視生態(tài)保護(hù)、堅(jiān)決避開生態(tài)紅線。

4)風(fēng)電場(chǎng)改造時(shí)，應(yīng)保證噪聲水平符合GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和DL/T 1084—2021《風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)噪聲限值及測(cè)量方法》等規(guī)范的要求，減少噪聲對(duì)廠界聲環(huán)境及附近居民區(qū)的影響。

5)重視風(fēng)電場(chǎng)改造和調(diào)試過程中危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生、收集、貯存、運(yùn)輸和處置，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)GB 18597—2023《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)法律法規(guī)，探索并建立廢棄電池、油污、風(fēng)機(jī)葉片等危險(xiǎn)廢物分級(jí)、分類綠色回收處置、資源循環(huán)再利用體系。

此外，風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組的架設(shè)變動(dòng)還會(huì)改變?cè)锌諝鈩?dòng)力學(xué)的粗糙度，進(jìn)而影響邊界層湍流運(yùn)動(dòng)，改變陸地表面的物質(zhì)能量強(qiáng)度、近地層大氣之間的水分交換模式[16]；風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)還會(huì)導(dǎo)致大氣中熱量通量和水汽通量的變化，進(jìn)而表現(xiàn)為溫度、降水、風(fēng)速的改變。

3.3 影響改造效果及收益的因素

老舊風(fēng)電場(chǎng)改造涉及一系列的直接和間接因素，這些因素單獨(dú)或耦合后對(duì)風(fēng)電場(chǎng)及其機(jī)組安全運(yùn)行、持續(xù)獲利會(huì)產(chǎn)生正面或負(fù)面影響。此外，單一風(fēng)電場(chǎng)的改造還可能涉及到對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的影響，應(yīng)在改造時(shí)予以充分考慮。由于上游風(fēng)電場(chǎng)布局參數(shù)、規(guī)模參數(shù)等改變所引起的最大尾流損失、風(fēng)電機(jī)組間距改變對(duì)下游風(fēng)電場(chǎng)的影響[17]，應(yīng)開展場(chǎng)群協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究。

3.3.1 影響改造效果的因素

1)風(fēng)電機(jī)組布局。通常采用“以大代小”改造方式時(shí)會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組布局進(jìn)行優(yōu)化，改造時(shí)拆除老舊風(fēng)電場(chǎng)中單機(jī)容量小且發(fā)電效率低的風(fēng)電機(jī)組，在已拆除機(jī)位中選擇風(fēng)能資源較好的安裝位布置大容量風(fēng)電機(jī)組[18]，或者異位重新排布。調(diào)整布局前，通過優(yōu)化模型得出最優(yōu)的布置方案，提升風(fēng)電場(chǎng)的整體風(fēng)能利用率和綜合經(jīng)濟(jì)效益。常見的優(yōu)化模型包括：Jensen 尾流模型、Gaussian 尾流模型、Park-Gauss 模型等，以及針對(duì)這些模型的小生境遺傳算法、網(wǎng)格-坐標(biāo)化遺傳算法、AD 修正方法、RANS 修正方法。

2)塔筒穩(wěn)定性。塔筒是風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性和可靠性直接影響該機(jī)組的運(yùn)行安全，且其制造成本約占整機(jī)的15%～20%[19]。因此，除了在風(fēng)電場(chǎng)改造前期對(duì)風(fēng)電機(jī)組荷載進(jìn)行分析外，還應(yīng)考慮極端天氣對(duì)塔筒氣動(dòng)荷載的影響，具體包括風(fēng)輪上氣動(dòng)荷載、塔筒自生風(fēng)載、風(fēng)電機(jī)組變槳距荷載等情形。

3)基礎(chǔ)穩(wěn)固性。利用既有風(fēng)電機(jī)組技改時(shí)的機(jī)會(huì)，需要重新檢查混凝土基礎(chǔ)的承載能力及混凝土與基礎(chǔ)環(huán)的緊固質(zhì)量，必要時(shí)采取加固措施。研究表明，基礎(chǔ)環(huán)下法蘭處的混凝土，以及鋼板與混凝土的接觸面都是薄弱部件[20]，在疲勞往復(fù)荷載的作用下，薄弱區(qū)域可能會(huì)遭受氣蝕損傷；混凝土澆筑時(shí)容易在基礎(chǔ)環(huán)下法蘭處出現(xiàn)不密實(shí)或脫空區(qū)[21]。因此，風(fēng)電機(jī)組改造時(shí)，一是應(yīng)采取加固措施保證現(xiàn)有基礎(chǔ)的承載能力，二是應(yīng)采取基礎(chǔ)環(huán)與錨栓復(fù)合連接等方式加強(qiáng)基礎(chǔ)環(huán)和鋼筋與混凝土基礎(chǔ)的握裹作用[22-23]。

4)邊坡地形。采用“以大代小”改造方式時(shí)，通常需要在原有風(fēng)電機(jī)組機(jī)位上進(jìn)行土建施工以應(yīng)對(duì)塔基荷載變大的情形，這在客觀上會(huì)造成地形改變，通常是出現(xiàn)人造高邊坡地形[23]。邊坡地形易改變區(qū)域流體的湍流強(qiáng)度，產(chǎn)生較大的風(fēng)切變，乃至形成尾流渦旋區(qū)，影響風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行和發(fā)電效率。

5)雷擊風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)電機(jī)組改造，一般會(huì)提升輪轂的高度，這就使暴露在大氣環(huán)境中的葉片、塔筒、電氣設(shè)備、機(jī)艙遭受雷擊的可能性變大[24]。雷擊會(huì)損壞風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)備，擾亂風(fēng)電場(chǎng)的正常運(yùn)行，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害。因此，風(fēng)電場(chǎng)改造應(yīng)綜合考查風(fēng)電機(jī)組所在地的海拔高度、地質(zhì)環(huán)境、雷電災(zāi)情等歷史數(shù)據(jù)，并采取相應(yīng)的防雷保護(hù)措施。

3.3.2 影響改造收益的因素

影響老舊風(fēng)電場(chǎng)改造收益的因素主要是電價(jià)及政策因素。政府基于風(fēng)電決策的關(guān)鍵影響因素構(gòu)建的合理激勵(lì)政策[25]，有助于降低投資風(fēng)險(xiǎn)及融資成本，對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展至關(guān)重要。

1)電價(jià)及補(bǔ)貼。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在《關(guān)于2021年新能源上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》(發(fā)改價(jià)格[2021]833 號(hào))中明確了新核準(zhǔn)的風(fēng)電項(xiàng)目將不再享受電價(jià)補(bǔ)貼。雖然取消補(bǔ)貼對(duì)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生阻礙，但企業(yè)改進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新理念等應(yīng)對(duì)措施仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。因此，應(yīng)采取靈活的適應(yīng)性措施主動(dòng)提高風(fēng)能利用率，并利用分時(shí)電價(jià)、儲(chǔ)能、制氫等手段參與削峰填谷、風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合、綠氫生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)收益調(diào)節(jié)最大化。

2)稅收優(yōu)惠。國(guó)家稅務(wù)總局于2022 年發(fā)布了《支持綠色發(fā)展稅費(fèi)優(yōu)惠政策指引》，其中第50 項(xiàng)指出“風(fēng)力發(fā)電增值稅即征即退”，從制度上減輕了發(fā)電企業(yè)的稅收負(fù)擔(dān)，對(duì)企業(yè)的發(fā)展具有正向激勵(lì)作用。自2021 年3 月1 日起施行的《西部地區(qū)鼓勵(lì)類產(chǎn)業(yè)目錄(2020 年本)》則對(duì)部分地區(qū)的風(fēng)電企業(yè)提供了所得稅優(yōu)惠措施。稅收優(yōu)惠通過減稅擴(kuò)大了企業(yè)的稅后收益，增加了企業(yè)下期投資基金儲(chǔ)備，且提升了企業(yè)績(jī)效[26]。因此，風(fēng)電企業(yè)應(yīng)充分利用國(guó)家財(cái)稅政策的激勵(lì)效應(yīng)，對(duì)政策帶來的負(fù)效應(yīng)進(jìn)行主動(dòng)研判，提升項(xiàng)目盈利水平。

3)碳稅、碳排放交易。朱永彬等[27]發(fā)現(xiàn)，在市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制下，政府征收碳稅會(huì)提高含碳能源的價(jià)格，促使企業(yè)選擇清潔能源進(jìn)行替代。這表明開征碳稅是風(fēng)電企業(yè)發(fā)展的有利外部環(huán)境，且碳稅可以通過多種形式返還給風(fēng)電企業(yè)，促進(jìn)老舊風(fēng)電場(chǎng)淘汰落后產(chǎn)能、改進(jìn)清潔生產(chǎn)工藝流程。石敏俊等[28]的研究結(jié)果表明，碳排放交易與適度碳稅，尤其是階梯式碳稅相結(jié)合的復(fù)合政策可以確保減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因而風(fēng)電作為低碳能源供應(yīng)鏈的重要一環(huán)，參與到碳交易環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)沖抵化石能源碳減排要求額度的必要手段[29]。

4 老舊風(fēng)電場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展方向

大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)是中國(guó)改善能源結(jié)構(gòu)、加快低碳化進(jìn)程的關(guān)鍵舉措。老舊風(fēng)電場(chǎng)參與多種能源形式的電源結(jié)構(gòu)，既能優(yōu)化所在地區(qū)的發(fā)電結(jié)構(gòu)，又能解決長(zhǎng)期存在的棄風(fēng)限電問題。同時(shí)，多種能源形式的組合投入與豐富能夠帶來與電力行業(yè)直接相關(guān)的產(chǎn)出效應(yīng)和收入效應(yīng)的增加。

4.1 參與形成大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群

采用智能化控制的方式，將老舊風(fēng)電場(chǎng)與位置相近的多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)組成風(fēng)電場(chǎng)群。風(fēng)電場(chǎng)群有利于彌補(bǔ)中國(guó)風(fēng)能資源與負(fù)荷中心逆向分布的缺陷；原本分散的獨(dú)立電源集中后可形成技術(shù)規(guī)范且外送條件一致的“單一”電源，大幅優(yōu)化了區(qū)域風(fēng)電系統(tǒng)的集成度，有利于降低電網(wǎng)多端接入成本及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的復(fù)雜性。

4.2 與煤電聯(lián)營(yíng)

風(fēng)電企業(yè)與煤電企業(yè)可以通過交易發(fā)電權(quán)而調(diào)整企業(yè)間計(jì)劃電量的分配比例，也可以二者共同參股一體化經(jīng)營(yíng)，或者是煤電企業(yè)為風(fēng)電企業(yè)提供調(diào)峰等輔助服務(wù)[4]，多種實(shí)施方式均能夠提高二者的收益，促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，加快煤電由主體基荷性電源向調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。

4.3 與儲(chǔ)能聯(lián)營(yíng)

具體的聯(lián)營(yíng)模式可以是風(fēng)電與儲(chǔ)能聯(lián)營(yíng)，也可以是風(fēng)電與抽水儲(chǔ)能聯(lián)營(yíng)。前者是將電能轉(zhuǎn)化為電化學(xué)能，可以降低聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的消納能力；后者則是在電力負(fù)荷低谷期，將電能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，成為一種具有短時(shí)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相能力的優(yōu)質(zhì)電源。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)電源，打破電力生產(chǎn)和消費(fèi)實(shí)時(shí)平衡的剛性約束[30]，有效提升風(fēng)電利用率、風(fēng)電消納空間。

4.4 參與多能互補(bǔ)

建設(shè)和推廣多種用能方式，例如：“風(fēng)電+光伏發(fā)電+光熱儲(chǔ)能”“風(fēng)電+供暖”“風(fēng)電+油氣勘探開發(fā)”“風(fēng)電+光伏發(fā)電+電制氫+抽水蓄能”等，充分發(fā)揮不同電源的時(shí)空互補(bǔ)性。在完善的價(jià)格機(jī)制和政策激勵(lì)措施下，通過全局優(yōu)化控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度，能夠減低社會(huì)用能成本，提升能源安全水平。

5 結(jié)論

中國(guó)老舊風(fēng)電場(chǎng)存量大，且隨著時(shí)間的發(fā)展，呈現(xiàn)出增量變大趨勢(shì)，發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)對(duì)老舊風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行換代升級(jí)，是當(dāng)前中國(guó)可再生能源發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施的重要抓手，也是中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的必經(jīng)階段。本文對(duì)老舊風(fēng)電場(chǎng)改造難題及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，其應(yīng)正視自身所面臨的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)維、管理問題，分析自身所面臨問題的產(chǎn)生因素和政策形式，通過退役和改造升級(jí)提升發(fā)電能力，能夠促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。