风力发电机组选型的案例分析

时间：2024-10-13 百科知识版权反馈

【摘要】：根据风能资源评估，该风力发电场主风向和主风能方向一致，以ENE风和W风的风速、风能最大和频次最高。故该地区风力发电场应选用低温型风力发电机。根据目前不同风力发电机组的制造水平和本风力发电场的实际条件，本次设计风力发电机可利用率采用95%，修正系数取0.95。控制与湍流影响两项折减系数取4%，修正系数取0.96。考虑该发电场风力发电机受到当地工业污染影响为主，空气质量较好，叶片污染折减系数取1%，修正系数取0.99。

四、风力发电机组选型的案例分析

现以装机容量为49.5MW的风力发电项目为例，分析并选择机型。

(一)初选机型

要求该风力发电场工程装机容量约49.5MW。根据风能资源评估结果，该风力发电场主风向和主风能方向一致，以西(W)和东东北(ENE)风的风速、风能最大，频次最高，盛行风向稳定。风速冬、春季大，夏季小，白天大，晚上小。65m高度风速频率主要集中在3.0～11.0m/s，3.0m/s以下和20.0m/s以上的无效风速和破坏性风速极少。

1．风功率密度分布图

从该风力发电场风功率密度图(见图3-7)上可以看出，该风力发电场场址比较开阔，地形起伏较小，相对比较平坦，风能指标基本一致。

图3-7　风功率密度分布图

2．风能评价

根据风能资源评估，该风力发电场主风向和主风能方向一致，以ENE风和W风的风速、风能最大和频次最高。用WAsP9.0软件计算风力发电机组各轮毂高度的年平均风速、平均风功率密度见表3-2。

表3-2　不同高度的年平均风速、平均风功率密度表

该风力发电场风功率等级为3级，风能资源丰富，年有效风速(3.0～20.0m/s)时数为7893h，占全年的90.1%，11～20m/s时数为1663h，占全年的18.65%，小于3m/s的时段占全年的8.80%，大于20m/s的时段占全年的0.086%，有效风速时段长，无效风速时段较短，全年均可发电，无破坏性风速。

该风力发电场50年一遇极大风速小于52.5m/s。60～70m高度15m/s风速湍流强度0.07左右，小于0.1，湍流强度小。根据国际电工协会IEC61400—1(2005)标准判定该风场属IECIII类风力发电场。

3．温度评价

根据该地区冬季低温统计，历年最低气温为－28℃，近五年低于－15℃的平均小时数为390～475h，低于－20℃的平均小时数为240～310h，低于－20℃的时间占全年的2.7%～3.5%。故该地区风力发电场应选用低温型风力发电机。

根据市场成熟的商品化风力发电机组技术规格，结合风力发电机组本地化率的要求，对单机容量为850kW以上的风力发电机组进行初选。初选的机型有Vestas公司的V52/850kW、华锐风电科技公司的SL1500kW、东方电汽的FD77A/1500kW、湘潭电机的Z72/2000kW风力发电机。机型特征参数如下。

叶片数:3片

额定功率:850kW、1500kW、2000kW

风轮直径:52～77m

切入风速:3～4m/s

切出风速:20～25m/s

额定风速:11～16m/s

安全风速:50.1～70m/s

轮毂高度:61.5～65m

根据该场区风能资源特点，按照行距9D(D表示风轮直径)、列距5D的原则分别布置不同类型的风力发电机组，按风力发电机厂提供的标准状态下的(即空气密度1.225kg/m³状况下)功率曲线采用WAsP9.0软件分别计算各风力发电机组理论发电量。并参照市场大致价格，对初选的机组分别进行投资估算和财务分析。

(二)年上网电量计算

1．理论年发电量计算

根据测风塔实测资料及风力发电机布置方案，推荐机型SL1500kW，利用WAsP9.0软件进行发电量计算，得到风力发电机的理论年发电量和风力发电机尾流影响后的发电量。

2．空气密度修正

考虑到风力发电场场址和该地气象站距离较近，高程相差不大，本阶段参考该地气象站的资料，风力发电场场址空气密度取1.059kg/m³，空气密度修正系数取0.864。

3．风力发电机组利用率

根据目前不同风力发电机组的制造水平和本风力发电场的实际条件，本次设计风力发电机可利用率采用95%，修正系数取0.95。

4．风力发电机组功率曲线保证率

考虑到风力发电机组厂家对功率曲线的保证率一般为95%，本次在计算发电量时风力发电机组功率曲线保证率修正系数取0.95。

5．控制与湍流影响折减

当风向发生转变时，风力发电机的叶片与机舱也逐渐随着转变，但实际运行中的发电机组控制总是落后于风电变化，因此在计算电量时要考虑此项折减。该风力发电场湍流强度为0.05～0.07，湍流强度较小。控制与湍流影响两项折减系数取4%，修正系数取0.96。

6．叶片污染折减

叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动性下降。考虑该发电场风力发电机受到当地工业污染影响为主，空气质量较好，叶片污染折减系数取1%，修正系数取0.99。

7．气候影响停机

根据该地区冬季低温统计，历年最低气温为－28℃，近五年低于－15℃的平均小时数为390～475h，低于－20℃的平均小时数为240～310h，低于－20℃的时间占全年的2.7%～3.5%，因此发电量气候影响折减系数只取1%，修正系数取0.99。

8．厂用电、线损等能量损耗

初步估算厂用电和输电线路、箱式变电站损耗占总发电量的4%，修正系数取0.96。

经过以上综合折减后，该风力发电场推荐方案发电量成果见表3-3。

表3-3　推荐方案SL1500kW发电量计算成果表

由表3-3可以看出，推荐方案华锐SL1500kW年上网电量为10661.3万kW·h，年利用小时数为2154h，容量系数为0.25。

(三)方案比较

通过比较发现，华锐SL1500kW的单位电度投资最小，风力发电机组性能价格最优。在选型过程中力求在同样风能资源情况下，发电最多的机型为最佳。风力发电的一次能源费用可视为零，因此得出结论，发电成本就是建场投资(含维护费用)与发电量之比。节省建场投资又多发电，无疑是降低上网电价的有利手段之一。各方案比较见表3-4。

表3-4　各方案技术经济比较表