一旦一個場址被認為將會用于開發(fā)風電場，那么風電場的設(shè)計過程便開始了。風電場設(shè)計的基本目標是最大化電量產(chǎn)出，最小化資金投入和運行成本以及滿足場址所需的施工要求。由于設(shè)計過程不可避免地受施工要求和成本等限制，設(shè)計目標最優(yōu)化即是風險最小化，其中第一個任務(wù)便是提出風電場開發(fā)過程中的受限因素：

　　1.基于并網(wǎng)限制的最大裝機容量；

　　2.場址分界線；

　　3.周邊環(huán)境的限制，包括：道路、居民區(qū)、高架線等(其中居民區(qū)包括噪音影響、視覺影響、葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的陰影閃爍等)；

　　4.風機供應(yīng)商所提出的風機最小間隔；

　　5.風電場場址的通信信號限制。

　　上述受限因素可能隨著與各方討論協(xié)商的進程而會有所調(diào)整，但風電場預設(shè)計是必不可少的。依據(jù)預設(shè)計的要求，風電場裝機容量應(yīng)當遵從12 MW/km2這個范圍。

　　考慮到風電場預布局，風電機組大小應(yīng)當作為首要考慮因素。但是由于風機選型通常在風機供應(yīng)商確定之后才能進行，因此在風電場預布局階段，要么一律采用“普通的”風電機組，按照葉輪直徑和輪轂高度區(qū)分風機大小，要么進行多次風電場預布局，每一次均采用特定的風電機組。

　　考慮到影響風機裝機位置的因素，這些因素包括有最優(yōu)化電量產(chǎn)出、視覺、噪音影響和風機載荷等。

　　最優(yōu)化電量產(chǎn)出

　　一旦一個風電場的受限因素得到確定，那么風電場布局，也可以稱之為風電場微觀選址，將能得以實施。對于大多數(shù)風電項目來說，一個風電場的電量產(chǎn)出要比基礎(chǔ)設(shè)施投入具有更高的經(jīng)濟敏感度，因此風電場布局應(yīng)當將電量產(chǎn)出作為首要考慮參數(shù)。風電場具體設(shè)計一般采用WFDT軟件，即“風電場設(shè)計工具”。因此如果就現(xiàn)有風電場已經(jīng)分析出了一個風資源領(lǐng)域，那么風電場布局模型將能得以建立，并且可以預測電量產(chǎn)出以及相關(guān)的環(huán)境因素。

　　對于大型風電場來說，人工進行風電場布局比較不切實際，一般都會采用WFDT軟件進行最優(yōu)化電量產(chǎn)出的計算。計算電量產(chǎn)出的過程通常需要很多次的反復才能達到優(yōu)化的結(jié)果，但即使結(jié)果只多出了1%的電量也是值得的，因為風電場基礎(chǔ)設(shè)施投入的資金數(shù)目基本不會發(fā)生變化。使用WFDT軟件進行風電場布局的過程中也會將噪音影響和視覺影響因素考慮其中。

　　視覺影響

　　在許多國家陸上風電場所造成的視覺影響是一個很重要的議題，尤其是在那些人口密集度很高的地區(qū)。使用計算設(shè)計軟件可以計算出相關(guān)的視覺影響區(qū)域(ZVI)或者是視覺足跡(visibilityfootprint)。通常來講，如果從所處位置可以看到風機的半個輪轂或整個輪轂或單個葉片尖的話，還不足以稱該風電場已經(jīng)產(chǎn)生了視覺影響。在風電場布局的過程中，一般會采用單面線框模式繪制地形圖，用以凸顯指定角度所看到的風電場的視覺效果，如下圖所示。該效果圖也可以進一步以蒙太奇照片的形式展現(xiàn)，蒙太奇照片中從指定角度所看到的風電機組被有層理地排列。

　　對于大型風電機組來說，其運轉(zhuǎn)速度會慢于比其規(guī)模小的風電機組，那么從影響風電場視覺外觀的角度考慮，擁有較少大型風電機組的風電場會比擁有較多小規(guī)模風電機組的風電場更受歡迎。另外還有一點，規(guī)則的或直線型的風電場布局會比不規(guī)則的風電場布局受歡迎。

　　噪音影響

　　在人口密集度高的國家，有些時候噪音影響會限制某些地區(qū)的風電場裝機容量。近幾年來隨著制造技術(shù)的進步，風電機組運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的噪音已經(jīng)得到了較大程度上的改善，但它仍會阻礙風電場的發(fā)展。主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，不像大多數(shù)傳統(tǒng)行業(yè)，風電機組通常都安裝在偏遠地區(qū)，其背景噪音水平很低，尤其是晚間。當風速處于風電機組運轉(zhuǎn)范圍的低端時，背景噪音處于最低水平，那時風電機組所發(fā)出的噪音最為明顯。其次，風電機組的噪音主要來源于葉尖、葉片尾緣、齒輪箱還有發(fā)電機，并且這些噪音不僅不會被屏蔽，還會逐漸增強。

　　風電機組制造商通常會提供噪音等級認證，目前在國際上通用的相關(guān)標準是“風電機組發(fā)電機系統(tǒng)：噪音測試技術(shù)”(IEC)。此標準是通過考慮噪音傳播模式時計算極端條件下的預期噪音水平，通常是在離風電機組最近的居民區(qū)處，計算的結(jié)果與可接受的噪音水平，即法定的噪音水平作比較。類似的標準還有ISO。此外，風電機組制造商也可以提供風電機組所發(fā)噪音等級的保證書。

　　風機載荷

　　為了確保風電機組運轉(zhuǎn)滿足其設(shè)計條件，風電機組供應(yīng)商應(yīng)當規(guī)定其最小可接受的風機間距。間距設(shè)計主要依賴當?shù)氐匦我约袄L制的風能玫瑰圖。如果風電機組間距小于5個轉(zhuǎn)子直徑(5D)，那么將會產(chǎn)生較高的尾流損失。對于風能玫瑰圖上顯示單向或雙向的地域，在盛行風向下采取寬松間距布置風電機組或者是密集間距但垂直于盛行風向布置風電機組會比較合理。

　　然而，采取密集間距布置意味著風電機組將會受到更多布置在上游的風電機組尾翼湍流的影響。這些影響將會產(chǎn)生較高的機械載荷并且需要風電機組供應(yīng)商確認這種布置方式不會影響風電機組質(zhì)保要求。

　　如果單從風電機組間距的角度考慮，風電機組載荷也會受到來自“自然”湍流包括障礙物、地形、表面粗糙度、熱效應(yīng)以及極限風速等因素的影響。

　　基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

　　風電場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括土建工程-道路和排水建設(shè)、風電機組和測風塔基礎(chǔ)建設(shè)以及接電站建設(shè)和電力工程-電力連接點(POC)設(shè)備、用以風電機組之間連接的地下電纜或高架線、地下電纜或高架線的開關(guān)保護和斷開設(shè)備、變壓器以及單個風電機組的開關(guān)設(shè)備(此設(shè)備通常在風電機組內(nèi)部并且由風電機組制造商提供)。

　　風電場的土建工程和電力工程通常由不同于風電機組供應(yīng)商的承包商設(shè)計并且安裝。但是風電機組供應(yīng)商通常提供SCADA系統(tǒng)。

　　如前所述，影響風電場經(jīng)濟效益的主要因素是該風電場的電量產(chǎn)出，然而，風電場的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也非常重要，因為它直接影響了風電場的建設(shè)成本和項目進展。例如眾所周知，對地質(zhì)狀況的不熟悉或基于天氣原因無法在施工現(xiàn)場施工是延誤項目進展和成本超出預算的主要原因。電力工程方面主要電力設(shè)施變壓器和開關(guān)設(shè)備需要較長的交貨時間，有時甚至能達數(shù)年。并網(wǎng)工程對項目的進展也會有一定的影響，因為一般并網(wǎng)工程都由電網(wǎng)運營商來承擔而這樣風電場開發(fā)商卻無法掌控工程的進展情況。

　　土建工程

　　風電場的風電機組地基需要足夠的堅固以支撐在極限載荷條件下運轉(zhuǎn)的風電機組。通常風電場風電機組地基的設(shè)計條件是能夠支撐風速在45-70m/s條件下運轉(zhuǎn)的風電機組。

　　風電機組供應(yīng)商通常會提供一個完整的技術(shù)手冊，其中包括風電場風電機組地基的載荷，作為投標內(nèi)容提供給項目招標單位。同時風電機組供應(yīng)商也會提供相關(guān)的關(guān)于載荷等級的認證。

　　盡管風電場風電機組地基的設(shè)計對風電場項目開發(fā)極其重要，但它依然還算是一項相對簡單的土木工程。

　　一個典型的風電場風電機組地基的直徑可能會有13米，六角形，徑深1-2米，由鋼筋混凝土構(gòu)成。一般地基的建設(shè)時間少于一周，但是如果風電場場址選在泥炭地或者是沼澤地，一定要事先將道路、地基以及排水等因素考慮清楚，以免在施工過程中受到這些因素的干擾。

　　對于風電場位于丘陵山地的地區(qū)，控制室和變電站應(yīng)該坐落于比較安全的地方，當然這樣也可以減輕視覺影響。

　　電力系統(tǒng)

　　風電機組電力系統(tǒng)一般通過中等電壓(MV)電網(wǎng)連接，電壓范圍在10-35kV之間。大多數(shù)情況下電網(wǎng)由地下電纜組成，但是有些國家或地區(qū)采用高架線連接電網(wǎng)。高架線成本較低但是視覺影響較大，并且支撐高架線的木線竿也會影響起重機的使用，限制其空間移動。

　　風電機組發(fā)電機電壓等級通常比較低，換句話說，低于1000V，通常為690V。一些大型的風電機組發(fā)電機的電壓等級較高，大約3kV，但是這個電壓等級依然沒有高到足夠滿足風電機組相互之間可以實現(xiàn)經(jīng)濟性地連接。因此，每臺風電機組需要配備一臺變壓器(干式變壓器)以升壓到中等電壓，還需要配備相關(guān)的接電裝置。此設(shè)備可以置于風電機組塔架底部外側(cè)。

　　目前，許多風電機組供應(yīng)商除了供應(yīng)風電機組以外也連同變壓器一起供給風電場，這種情況下風電機組終端電壓將會達到中等電壓并可直接并入風電場電網(wǎng)。

　　下面是一個典型的風電場電力系統(tǒng)布局圖。風電場電網(wǎng)將電力匯集到一個中心點(對于大型風電場來說，是幾個中心點)。中等電壓電力系統(tǒng)由放射狀的饋線組成，這不同于傳統(tǒng)行業(yè)的電力系統(tǒng)，此電力系統(tǒng)不能形成環(huán)狀母線，因此如果一條電纜或一臺風電機組變壓器出現(xiàn)了一個故障，將會引起所有通過饋線連接的風電機組斷電。

　　電力連接點(POC)的命名國家與國家之間不盡相同，也可以稱之為傳輸點，但是其定義卻大抵相似：該連接點負責將電力從風電場傳輸至電力系統(tǒng)運營商和業(yè)主直至電網(wǎng)。風電場計量表通常安裝在POC處或其附近，但是在某些情況下，POC處于高電壓，計量表會安裝在中等電壓系統(tǒng)處用以節(jié)約成本并且可以計量變壓器損耗。

　　公共電力連接點(PCC)-意指風電場電力系統(tǒng)也可以連接上其它客戶-關(guān)于這個點風電場電力系統(tǒng)運營商和業(yè)主需要認真評估其對風電場所產(chǎn)生的影響。因為它可能帶來的影響包括電壓等級變化、電壓閃變和諧波電流等。PCC通常會與POC有重合。

　　風電場電力系統(tǒng)需滿足當?shù)仉娏Π踩囊蟛⑿枰踩僮?，它?yīng)該在資金成本、運行成本和可靠性之間達到一個最優(yōu)化的平衡并且需要保證風電場滿足電力系統(tǒng)運營商的技術(shù)要求。

　　SCADA系統(tǒng)

　　SCADA系統(tǒng)是風電場一個非常重要的組成部分，它充當了整個項目的“中樞神經(jīng)”的角色。SCADA系統(tǒng)將單個風電機組、變電站和氣象站的信息連接到一臺計算機上，因此這臺計算機以及相關(guān)的信息系統(tǒng)可以協(xié)助風電場運營商實時監(jiān)測所有的風電機組以及整個風電場的運行情況。SCADA系統(tǒng)以十分鐘為區(qū)間，采集這十分鐘的數(shù)據(jù)為運營商提供風電場運行情況的參考。與此同時，它也會記錄風電場的電量產(chǎn)出，風機可利用率以及錯誤信號。除了上述所列功能以外，SCADA系統(tǒng)還可以控制無功功率產(chǎn)出，進一步使得電網(wǎng)電壓或頻率得到控制，或者依據(jù)電網(wǎng)運營商的指令限制功率輸出。

　　SCADA系統(tǒng)所連接的計算機與風電機組之間通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊，通信網(wǎng)絡(luò)由光纖構(gòu)成。光纖電纜一般都由電力承包商安裝，由SCADA系統(tǒng)供應(yīng)商測試。

　　為了簡化合約，SCADA系統(tǒng)一般情況下都由風電機組供應(yīng)商提供。但也會有獨立供應(yīng)商專供SCADA系統(tǒng)。

　　風電場采用SCADA系統(tǒng)有如下優(yōu)勢：

　　無論是什么類型的風電機組，SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和分析模式相同，這一點對風電場業(yè)主和運營商非常重要，因為不是所有的風電項目都采用同一款機型。

　　SCADA系統(tǒng)對于風電機組可利用率的計算相對透明，這可以為風電機組質(zhì)保提供依據(jù)。

　　除了上述必需的風電場運行所需設(shè)備以外，在項目成本允許的情況下，這里推薦在測風塔上安裝永久性的氣象監(jiān)測設(shè)備。氣象監(jiān)測設(shè)備可以協(xié)助監(jiān)測風電場的運行情況，如果風電場未按最初預算運行，那么原因是出于不良的機械運行還是由于風資源未達到預期標準將會至關(guān)重要，那么如果風電場沒有很好的風資源數(shù)據(jù)的話，這將不太可能對于原因做出正確的判定。因此大型風電場通常會安裝一臺或多臺永久性的氣象監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備會與風電場同期安裝。

　　建造事宜

　　風電場可以由單臺風電機組或多臺風電機組，有可能是數(shù)百臺風電機組組成。無論項目規(guī)模如何，其設(shè)計方法和建造方式大抵相似。風電場建造在風能產(chǎn)業(yè)的記錄里總體令人滿意，很少出現(xiàn)交貨延遲和預算超支的現(xiàn)象。

　　新加入風能產(chǎn)業(yè)的人習慣于將風電場視為普通的發(fā)電站，然而與普通的發(fā)電站相比風電場有幾點明顯的不同。傳統(tǒng)的發(fā)電站是一套大型設(shè)備，建造完成之前不能發(fā)電，同時其需要詳細復雜的土建工程并且建造風險是項目評估中非常重要的一部分。然而建造一個風電場與其說是建造一個大工程不如說是購買一批貨車，風機的購置成本事先已談妥，交貨時間事先也已確定，就像購買貨車一樣。與此類似，電氣部分事先也已確定價格、完成選型。土建工程方面會出現(xiàn)一些浮動的成本，但從整體項目成本角度來說，這些浮動的成本僅占很少的一部分。風電場的建造周期比傳統(tǒng)的發(fā)電站要縮短很多，一個10MW的風電場數(shù)月內(nèi)就能夠輕松建成。

　　為降低成本及減輕對環(huán)境的影響，基本原材料通常采取現(xiàn)場采石取土建造。

　　成本

　　風電場的成本在很大程度取決于兩個因素：風電場場址的復雜性和風電場的最大負載。如果風電場多巖石、非常潮濕、沼澤地或者是交通困難的話，那么該場址可以視為復雜場址。在風大以及負載大的場址建造風電場會產(chǎn)生更高的土建成本，也會提高對風電機組技術(shù)參數(shù)的要求。

　　風電機組的并網(wǎng)成本也很重要。并網(wǎng)成本受風電場與并網(wǎng)連接點的距離、電網(wǎng)的電壓等級、電網(wǎng)運營商針對風電機組并網(wǎng)和電力系統(tǒng)使用的收費標準等因素影響。

　　試運行、運行和維護

　　如果風電場建設(shè)完成，那么試運行將會開始。“試運行”沒有標準化的定義，但是通常來講它包括了風電機組所有部件安裝完成之后的一切運行活動。如果由經(jīng)驗豐富的人員操作，單臺風電機組的試運行時間大約2天多些。

　　試運行通常包括對電氣系統(tǒng)及風電機組的標準測試，以及對日常土建工程質(zhì)量記錄的全面檢查。試運行階段的測試對確保交付和維護的是高質(zhì)量的風電場至關(guān)重要。

　　單臺風電機組的長期可利用率通常要超過97%，這個數(shù)據(jù)要比傳統(tǒng)發(fā)電站的可利用率高。然而，風電場從試運行到滿功率運行需要大概幾個月的時間，因此在這期間，試運行結(jié)束之后風電機組可利用率通常會從80%-90%直接升至長期的97%甚至更高。

　　風電機組供應(yīng)商通常會為風電場提供為期2年-5年的質(zhì)量擔保，此質(zhì)量擔保將涵蓋損失的收益，包括因修復故障所造成的停機損失和測試風電機組功率曲線等。如果風電機組功率曲線有缺陷，風電機組供應(yīng)商將會賠付相應(yīng)的經(jīng)濟損失。對于現(xiàn)在的風電場來說，風電機組很少出現(xiàn)功率曲線不符合質(zhì)保要求的情況，但是風電機組的可利用率，尤其是新機型，在最初運行的幾年時間里可能會低于預期水平?；旧厦颗_風電機組在第一年的運行階段都會遇到類似這樣的“初期”困難，這在新機型上表現(xiàn)更明顯。但是隨著風電機組的運轉(zhuǎn)，這些問題會得到解決并且可利用率會逐步提高。

　　試運轉(zhuǎn)結(jié)束后，風電場將會交付給運行和維護團隊。風電場一個典型的運行和維護團隊一般是由2名技術(shù)人員負責20到30臺風機。規(guī)模比較小的風電場不會再專門配備運行和維護團隊而是請當?shù)氐募夹g(shù)人員定期檢查風電場運行情況。通常每臺風電機組比較典型的日常維護時間是40小時/年。

　　近些年來由于風電機組運行經(jīng)驗豐富，其可利用率一般都保持較高的水平。幾乎所有主流市場的第三方運行公司都已成立并且逐步發(fā)展成熟。

　　建設(shè)風電場通常需要取得建設(shè)許可，建設(shè)許可以在一定程度上監(jiān)察建設(shè)風電場對環(huán)境所造成的影響，比如噪音、鳥類活動、植物群和動物群等。與此類似，依據(jù)當?shù)胤ㄒ?guī)，風電場所發(fā)電力需要與當?shù)仉娋W(wǎng)運營商聯(lián)系并入當?shù)仉娋W(wǎng)，因此，風電場除了擁有專業(yè)的運行和維護團隊外，通常還會配有一個管理團隊。很多風電場都有來自項目資金的支持因此也需要向支持方定期匯報風電場的運行情況。