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1、風電場建設(shè)之風力機組選型與布置,,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.1 風能資源分析 通過對測風塔的數(shù)據(jù)進行分析，得出代表年50m80m高度的年平均風速、風功率密度。根據(jù)風電場風能資源測量方法（GB-T18710-2002）可以判斷風功率密度等級，一般來說，風功率密度達到3級以上，風電場才有開發(fā)價值。 各測風塔的風能主要集中某幾個扇區(qū)，盛行風向穩(wěn)定，才有利于風能資源的有效利用。 根據(jù)風電場6585m輪轂高度處50年一遇最大風速，風電場風機輪轂高度處15m/s風速區(qū)間的湍流強度，判定風電場工程可以選擇的風力發(fā)電機組類別。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.2 機型范圍初選 1、滿足場址的氣候條件。在
2、GB 18451.12001 idt IEC 61400-1：1999風力發(fā)電機組 安全要求中，根據(jù)輪轂高度的年平均風速、50年一遇10分鐘平均最大風速 、湍流強度等將風電機組分為4個等級，同時還有一個特殊設(shè)計的S級。應(yīng)根據(jù)場址的風況選擇安全等級的級別。此外還應(yīng)根據(jù)氣溫范圍確定選用標準型或低溫型機組。沿海和海島地區(qū)，需注意是否對防腐和絕緣性能提出特殊要求。,風力機等級的基本參數(shù),1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.2 機型范圍初選 國內(nèi)外風電場工程的經(jīng)驗表明，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對于一個已知場區(qū)的風電場，單機容量選擇在某個確定的范圍內(nèi)，項目的經(jīng)濟性會相對較高。在進行單機容量選擇時，首先應(yīng)確定一個適
3、合于本項目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術(shù)成熟、市場業(yè)績良好并且經(jīng)濟性較高的機型。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.2 機型范圍初選 風電機組選型要考慮的幾個因素 一、風輪輸出功率控制方式 風輪輸出功率控制方式分為失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。兩種控制方式各有利弊，各自適應(yīng)不同的運行環(huán)境和運行要求。變速變槳距機型比定速定槳距機型更具優(yōu)越性，它不僅能在低風速時能夠根據(jù)風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；也能在高風速時根據(jù)風輪轉(zhuǎn)速的變化，儲存或釋放部分能量，提高傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。從目前市場情況看，采用變槳距調(diào)節(jié)方式的風電機組居多。 二、風電機組的運行方式 風電機組
4、的運行方式分為變速運行與恒速運行。恒速運行的風電機組的好處是控制簡單，可靠性好。缺點是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風速經(jīng)常變化，因此風力發(fā)電機組經(jīng)常工作在風能利用系數(shù)(Cp)較低的點上，風能得不到充分利用。 變速運行的風電機組一般采用雙饋異步發(fā)電機或多極永磁同步發(fā)電機。變速運行方式通過控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，能使風力機的葉尖速比接近最佳，從而最大限度的利用風能，提高風力發(fā)電機組的運行效率。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.2 機型范圍初選 風電機組選型要考慮的幾個因素 三、發(fā)電機的類型 發(fā)電機的類型包括異步發(fā)電機、雙饋感應(yīng)型發(fā)電機和多極永磁同步電機。風力發(fā)電機大多采用普通的異步發(fā)電機，正常運行中在發(fā)出有功功
5、率的同時，需要從電力系統(tǒng)吸收一定的無功功率才能正常運行(機端的電容補償只能減少從電力系統(tǒng)吸收無功功率的數(shù)量)，雙饋感應(yīng)型風力發(fā)電機的功率因數(shù)(COS)可以在+0.95-0.95之間變化，也就是說可以根據(jù)電網(wǎng)的需要發(fā)出或者吸收無功功率，改善當?shù)仉娋W(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。 四、風力發(fā)電機組的傳動方式 風力發(fā)電機的傳動方式包括齒輪傳動方式與無齒輪箱直驅(qū)方式。目前，風力發(fā)電機大多采用齒輪傳動，成本較低，但是降低了風電轉(zhuǎn)換效率、產(chǎn)生噪音，是造成機械故障的主要原因，而且為了減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式有效地提高了系統(tǒng)的效率以及運行可靠性，但同時也提高了電機的設(shè)計
6、成本。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.2 機型范圍初選 根據(jù)風電場址的地形、地質(zhì)特點、風資源分布情況，以及風力發(fā)電機組技術(shù)成熟、先進、可靠等要求，選擇多種適合的機型，按單一機型方案進行風力發(fā)電機組的優(yōu)化布置。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.3 風電機組總體布置 布置機位時需要考慮地形地貌、主導(dǎo)風向與主導(dǎo)風能方向、地面障礙物等影響因素。具體布置時因地制宜，根據(jù)風電場地形條件、建設(shè)規(guī)模、風力發(fā)電機組的型號及裝機的臺數(shù)進行優(yōu)化布置，實現(xiàn)在有限的場區(qū)范圍內(nèi)達到最大的上網(wǎng)發(fā)電量和最低成本的目標。 在軟件優(yōu)化的基礎(chǔ)上手工調(diào)整風機位置，調(diào)整風機與防護林、村莊、線纜等地物之間的距離，考慮風機的相對集中布置
7、，同時將尾流效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，以充分利用土地資源與風資源，減少集電線路長度，方便運輸安裝。,1.1風力發(fā)電機組選型,1.1.4 輪轂高度優(yōu)化 計算各機型不同輪轂安裝高度下的發(fā)電量，隨著輪轂高度增加，發(fā)電量增加的同時風機與塔架的運輸與安裝難度增大，塔筒與基礎(chǔ)加固引起的基本投資增加。結(jié)合各風機廠家現(xiàn)在的生產(chǎn)情況、技術(shù)成熟程度和裝機運行安全可靠性等因素對不同機型不同輪轂高度的發(fā)電量與經(jīng)濟性進行綜合比較，推薦比選的幾種機型的輪轂安裝高度 。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.1 年理論發(fā)電量及單機尾流的計算 根據(jù)各機型單一機組的布置方案，利用軟件，計算各種風機的年凈發(fā)電量（尾流折減后），并計算風力
8、發(fā)電機組的尾流損失。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù) 由于風功率密度與空氣密度成正比，在相同的風速條件下，空氣密度不同則風電機組出力不一樣，風電場年上網(wǎng)電量估算應(yīng)進行空氣密度修正。因此需要對軟件在標準空氣密度條件下計算得到的發(fā)電量進行修正。原理上可根據(jù)風功率密度與空氣密度成正比的特點，將標準空氣密度對應(yīng)下的功率曲線估算的結(jié)果乘以空氣密度修正系數(shù)進行空氣密度修正。當實測空氣密度偏離標準空氣密度較大時，按正比關(guān)系進行修正的誤差較大。 根據(jù)風電場具體風資源情況，結(jié)合各機型的功率曲線，計算不同機型在對應(yīng)輪轂高度處能達到額定功率前的理論發(fā)電量所占比例，僅對風機滿發(fā)前的發(fā)電量按照空
9、氣密度正比關(guān)系修正進行折減。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),由于場址的空氣密度一般不等于標準空氣密度1.225kg/m3,所以要作空氣密度修正。,（1）優(yōu)先采用下式計算。,累年平均空氣密度，kg/m3； P累年平均氣壓，hPa； e累年平均水汽壓，hPa； t累年平均氣溫為，。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),（2）無法得到水汽壓時采用下式計算。 P 年平均大氣壓力，Pa； R 氣體常數(shù)（287 J/kgK）； T 年平均空氣開氏溫標絕對溫度（ + 273）。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),（3）再無法得到大氣壓
10、力時采用下式計算。 =（353.05/T）exp -0.034(z/T) （kg/m3） z 風場的海拔高度，m； T 年平均空氣開氏溫標絕對溫度（ + 273）。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.3 控制和湍流折減 風電機組隨風速風向的變化不斷調(diào)整機組的運行狀態(tài)，實際運行中機組控制總是落后于風的變化，使風機的輸出功率減小。根據(jù)風電場湍流強度值大小情況，對控制和湍流折減系數(shù)取值，控制和湍流系數(shù)一般取97%左右。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.4 葉片污染折減 葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動性能下降。根據(jù)風電場風沙、降雨量大小、夏季昆蟲多少、冬季葉片結(jié)冰等情況，判斷可能造成的
11、葉片污染程度，對葉片污染折減系數(shù)取值，一般污染系數(shù)取97%左右。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.5 風電機組利用率 風力機維護的好壞直接影響到發(fā)電量的多少和經(jīng)濟效益的高低；風力機本身性能的好壞，也要通過維護檢修來保持，維護工作及時有效可以發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少故障發(fā)生機率，提高風機運行效率。風機維護可分為定期檢修和日常排故維護兩種方式。考慮風力發(fā)電機組故障、檢修對發(fā)電效率的影響，將常規(guī)檢修安排在小風月，根據(jù)目前風力發(fā)電機組的制造水平和已建風電場的運行經(jīng)驗，一般風電場風力發(fā)電機組的可利用率為95%。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.6 功率曲線折減 考慮到風電機組廠家對功率曲線的保證率一般為9
12、5%，在計算發(fā)電量時應(yīng)予以考慮，因此取風電機組功率曲線保證率95%。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.7 場用電、線損等能量損耗 根據(jù)風電場地形復(fù)雜程度，地勢起伏情況，集電線路能量損耗大小。估算場用電和輸電線路、機組變電站損耗占總發(fā)電量的百分比，一般能量損耗系數(shù)為95%左右。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.8 氣候影響停機 根據(jù)風電場區(qū)域冬季低溫氣溫天數(shù)、風力發(fā)電機組適應(yīng)的溫度范圍等情況，當風場的氣溫超出它的適應(yīng)范圍，風機將不再發(fā)電。低溫環(huán)境下，風機的運行效率有所下降，且風機停機再啟動需要溫度回升區(qū)間。另外當氣溫下降到-10時風機的潤滑系統(tǒng)也將會受到影響，0以下葉片表面結(jié)冰也會影響風機翼
13、型的氣動性能，使發(fā)電量降低。一般北方寒冷地區(qū)風電場低溫氣候影響折減按95%左右考慮。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.9 總折減系數(shù) 根據(jù)上述各項折減系數(shù)，計算出不同機型對應(yīng)的總折減系數(shù)。,1.2不同機型發(fā)電量估算,1.2.10 年上網(wǎng)電量測算 根據(jù)風電場各種機型風機年理論發(fā)電量扣除上述發(fā)電量損失，即得出年上網(wǎng)發(fā)電量 ，從發(fā)電量指標角度，對各種機型進行比較。,1.3不同機型綜合經(jīng)濟比較,評價一種機型的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時來考慮，應(yīng)綜合經(jīng)濟指標來評價。除發(fā)電量外，風電機組的價格、塔架、底座、箱變、電纜、公路以及變電站等也都是影響機型方案選擇的重要因素。對風電機組進行綜合指標比較，
14、以最終確定風電場機組選型。,1.4機型選擇推薦意見,確定風電項目機型最終推薦意見，主要考慮三個因素：一是所推薦機型方案的發(fā)電量指標優(yōu)越；二是該方案投資經(jīng)濟指標合理，抗風險能力強；三是該方案上網(wǎng)電價低，即考慮綜合技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越的機型方案。 根據(jù)風機在發(fā)電量、機組投資、上網(wǎng)電價等各項綜合指標上的明顯的優(yōu)勢，推薦一種風機作為選擇方案，以此作為進一步工程設(shè)計的依據(jù)。,1.5風電機組布置推薦方案,對優(yōu)選的機型進行進一步優(yōu)化布置，考慮整體規(guī)劃的影響，以獲得較大發(fā)電量和最優(yōu)經(jīng)濟效益為原則，既要保證風機間距以減小尾流損失又要考慮風機的相對集中布置以減少集電線路及道路的投資；不僅考慮每個機位最優(yōu)，而且考慮各風
15、機之間的相互影響與風機長期穩(wěn)定運行的安全性，從而保證整個風電場的發(fā)電量最大，效益最好。,,,,問題一,為什么要進行合理的風力發(fā)電機組排布？,風電場風資源評估結(jié)果及初步選定的風機型號？,,,問題二,,2、風力發(fā)電機組布置,,,,一,風力發(fā)電機組布置的指導(dǎo)原則,,,,二,風力發(fā)電機組布置方案的確定,重點難點,風力發(fā)電機組布置,,風電機組布置基本原則,,,,,,,風電機組布置指導(dǎo)原則,,,,,,1.當盛行主風向為一個方向或兩個方向且相互為反方向時，風力發(fā)電機組排列一般為矩陣式分布。風力發(fā)電機組群排列方向與盛行方向垂直，前后兩排錯位。,,主風向,,主風向,,,風電機組布置指導(dǎo)原則,,,,,,2.當場地
16、存在多個盛行方向時，風力發(fā)電機組排布一般采用“田”或圓形分布。,,,,,,,,風電機組布置指導(dǎo)原則,,,,,,3.風電場布置風電機組時，在行距（盛行風向）上要求機組間相隔5-9倍風輪直徑，在列距（垂直于盛行風向）上要求機組間相隔3-5風輪直徑。,梅花型布置圖,,主風向,,,,,,5D-9D,3D-5D,,,,風力發(fā)電機組尾流效應(yīng),,,,,,風經(jīng)過風電機組后將部分 動能轉(zhuǎn)化為機械能，機械 能再轉(zhuǎn)化為電能，從而使 風速降低，對后面的風電 機組發(fā)電量產(chǎn)生影響，即 尾流效應(yīng)。按基本原則布 置風機時，風電場尾流影 響使發(fā)電量減少約5%左右。,,風力發(fā)電機組布置方案,案例：瓜州某風電場，根據(jù)風測量數(shù)據(jù)由W
17、AsP9.0生成的風圖譜如下，初選機型為某公司SL1500風機，總裝機容量為49.5MW，試確定風機的排布方案。,,,,,,,,,風力發(fā)電機組布置方案,,,,,,,,初選機型的主要技術(shù)參數(shù)： 機 型：變槳距、上風向、三葉片 額定功率：1500kW 風輪直徑：77m 輪轂中心高：65m 切入風速：3.0m/s 額定風速：11.5m/s 切出風速：20m/s 最大抗風：52.5m/s 控制系統(tǒng)：計算機控制，可遠程監(jiān)控 工作壽命：20年,,風力發(fā)電機組布置方案,確定布置方案： 由風圖譜結(jié)果看出，該風場常年風向和主風能方向為W和WNW。初選機型為某公司SL1500風機，分別按4D（南北間距）x8D（東
18、西間距）、 4D（南北間距）x9D（東西間距）、 4D（南北間距）x10D（東西間距）、 5D（南北間距）x8D（東西間距）、 5D（南北間距）x9D（東西間距）、 5D（南北間距）x10D（東西間距）布置進行比較。尾流影響比較如下表5.4,,,,,,風力發(fā)電機組布置方案,,,,,,,布置方案尾流影響比較表,,風力發(fā)電機組布置方案,,,,,,從布置方案比較表可以看出，增大風機南北間距比增大東西間距發(fā)電量增加的多，且風機間距增大到一定程度后間距增大發(fā)電量增加緩慢。從表中可看出，各布置方案中5Dx9D布置方案較優(yōu)，故采用東西間距9D，南北間距5D布置。,,各種機型的布置方案：,,,,,,,,,,,,,,2000KW,,推薦機型的布置方案：,,,,,,,,,,,,,,1500kW,,,,690,,,,380,,,,作業(yè),風力發(fā)電機組布置的基本指導(dǎo)原則是什么？,,,風力發(fā)電機組布置,,,,思考,如何合理的進行風力發(fā)電機組布置,,風力發(fā)電機組布置,
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