风电场宏观选址微观选址讲座.ppt

2020 3 14 1 风电场宏观选址 微观选址及相关软件 刘文峰liuwenfeng 很高兴有机会与大家共同讨论 请多提宝贵意见 2020 3 14 2 主要内容 风电场宏观选址风电场微观选址机型比选风电场年上网电量的计算WAsP软件和WindFarmer软件 2020 3 14 3 风电场宏观选址 基本概念影响因素基本原则方法步骤 2020 3 14 4 风电场宏观选址 基本概念风电场宏观选址即风电场场址选择 是在一个较大的地区内 通过对若干场址的风能资源和其它建设条件的分析和比较 确定风电场的建设地点 开发价值 开发策略和开发步骤的过程 是企业能否通过开发风电场获取经济利益的关键 2020 3 14 5 风电场宏观选址 影响因素风能资源和其它相关气候条件 地形和交通运输 工程地质 接入系统 其它社会政治和经济技术因素 2020 3 14 6 风电场宏观选址 基本原则1 风能资源丰富 风能质量好年平均风速一般应大于5m s 风功率密度一般应大于150W m2 尽量有稳定的盛行风向 以利于机组布置 风速的日变化和季节变化较小 降低对电网的冲击 垂直风剪切较小 以利于机组的运行 减少机组故障 湍流强度较小 尽量减轻机组的振动 磨损 延长机组寿命 湍流强度超过0 25 建风电场就要特别慎重 选机型时要和厂家充分交流 看机组是否能够承受 2020 3 14 7 风电场宏观选址 基本原则2 符合国家产业政策和地区发展规划场址是否已作其它规划 或和规划中的其它项目有矛盾 3 满足联网要求联网是风电场实现销售收入的必要条件 应尽量靠近电网 减少线损和送出成本 根据电网的容量 结构 确定建设规模与电网是否匹配 2020 3 14 8 风电场宏观选址 基本原则4 具备交通运输和施工安装条件港口 公路 铁路等交通运输条件应满足风电机组 施工机械和其它设备 材料的进场要求 场内施工场地应满足设备和材料的存放 风电机组吊装等要求 2020 3 14 9 风电场宏观选址 基本原则4 保证工程安全避免洪水 潮水 地震和其它地质灾害 气象灾害等对工程造成破坏性的影响 2020 3 14 10 风电场宏观选址 基本原则5 满足环境保护的要求避开鸟类的迁徙路径 侯鸟和其它动物的停留地或繁殖区 和居民区保持一定距离 避免噪声 叶片阴影扰民 减少耕地 林地 牧场等的占用 2020 3 14 11 风电场宏观选址 基本原则6 满足投资回报要求尽力较低的投资和运营成本 获得较高的利润 2020 3 14 12 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定在一个较大范围内 如全国或一个省 一个县或一个电网辖区内 确定几个可能建设风电场的区域 2020 3 14 13 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定寻找备选场址的第一种途径 全国已经建成了很多风电场 有些风电场附近还有未开发的区域 根据已建风电场的发电情况 判断新风电场的开发前景 这是寻找备选场址的捷径 2020 3 14 14 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定寻找备选场址的第二种途径 有些地区已进行过风能资源的调查 可向有关部门如发改委 气象部门 电力部门或建设经验丰富的人士咨询 2020 3 14 15 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定寻找备选场址的第三种途径 中国气象科学研究院和部分省区的有关部门绘制了全国或地区的风能资源分布图 按照风功率密度和有效风速出现小时数进行风能资源区划 标明了风能丰富的区域 可用于指导宏观选址 2020 3 14 16 2020 3 14 17 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定中国气象科学研究院朱瑞兆等利用1961 1970年的气象资料 根据有效风能密度和利用小时数等指标 结合天气气候特点 自然地形和水体等 将全国风能划分为4个大区和30个类型区 2020 3 14 18 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定其中东南沿海 山东 辽东沿海及其海上岛屿区 内蒙古北部 松花江下游区为风能丰富区 东南沿海沿岸和渤海沿海区 三北的北部区 青藏高原区为风能较丰富区 两广沿海区 大小兴安岭山地区 东北长白山向西经华北平原到我国西端是风能可利用区 云贵川和南岭地区 雅鲁藏布江和昌都地区 塔里木盆地西部地区为风能欠缺区 2020 3 14 19 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定上述的分区 仅为全国范围对陆地的宏观划分 没有把海域考虑进去 由于当时利用的是气象站10米高的风速数据 而现在的风电场一般远离气象站 机组的轮毂高度至少也在40米以上 所以某一风电场场址的风能资源不一定严格符合上述分区 就一个省或更小的范围选址来讲 更多的是要借助地形图 2020 3 14 20 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定从地形图上可以判别发生较高平均风速的典型特征是 走向和主风向平行的隘口和峡谷 高原和台地 比较突出的山脊和山峰 海岸 岛屿的迎风和侧风角 2020 3 14 21 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定为了核实场址条件 应该尽快组织对场址的实地考察 考察的内容主要是风能的大小 同时至少包括 土地的可用性 地形地貌 地质 交通运输 电网情况 初步确定测风塔的位置 2020 3 14 22 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定为了核实场址条件 应该尽快组织对场址的实地考察 考察的内容主要是风能的大小 同时至少包括 土地的可用性 地形地貌 地质 交通运输 电网情况 初步确定测风塔的位置 2020 3 14 23 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定考察风能的大小 主要通过 咨询当地气象部门 并搜集相关气象资料 听取当地居民的描述察看有无风成地貌 2020 3 14 24 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定风成地貌例子 旗形树 植物因长期被风吹而导致枝干偏向一边 主风向明显地区的树的变形程度与年平均风速相关性较强 地表物质会因风而移动和沉积 形成干盐湖 沙丘和其他风成地貌 表明附近存在固定方向的强风 如山的迎风坡岩石裸露 山的背风坡砂砾堆积 2020 3 14 25 风电场宏观选址 方法步骤1 备选场址的确定通过考察以后 综合风能资源和其它建设条件 排除那些不具备一项或多项建设条件的地点 如风能很小 接入系统造价很高甚至无法解决等 即可确定若干个备选场址 转入下一步工作 风能资源测量 2020 3 14 26 风电场宏观选址 方法步骤2 风能资源测量风能资源测量是一项很重要的工作 主要指导文件为GB T18709 2002 风电场风能资源测量方法 这部分另有专家讲授 我谈两点工作体会 1 必须在测风阶段给予足够的投入 立足够数量的测风塔 安装足够数量的传感器 测量足够长的时间 2020 3 14 27 风电场宏观选址 方法步骤2 风能资源测量 2 测风塔的位置和数量一定要在地形图上先确定 再到现场调整并最终确定 否则容易可能造成测风塔之间的位置疏密不一 2020 3 14 28 风电场宏观选址 方法步骤2 风能资源测量 3 提高测量数据的完整性和可靠性 要经常检查数据 经常到现场检查仪器 及时发现问题 传感器装上以后 经常会因为缺电 沙尘 积冰 支撑杆弯曲甚至断裂等造成数据的丢失或失真 用无线方式接收数据的 还要保证及时向通讯公司交费 安排责任心强 接受过培训的人员负责这项工作 是重要的保证措施之一 2020 3 14 29 风电场宏观选址 方法步骤2 风能资源测量经过至少1年的测量 数据有效数据完整率达到90 以上 即可进入下一步 场址比选 2020 3 14 30 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选根据DL T5067 1996 风力发电场项目可行性研究报告编制规程 应比较以下内容 风能资源和相关气象条件 地形和交通条件 工程地质条件 接入系统条件 2020 3 14 31 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选风能资源按照GB T18710 2002 风电场风能资源评估方法 进行评估 这里不再详述之 相关气象条件要提出气温 沙尘 盐雾 雷电 冰雹 雨 雾 凇 台风对风电机组 发电量 工程施工等的影响 还应初步选择一种机型 比较各场址的年发电量 2020 3 14 32 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选比较各场址的地形和交通条件 地形平坦单一 有利于减小湍流强度 有利于风电机组的场内运输 摆放 有利于吊装机械和其它施工机械的作业 复杂多变的地形则正好相反 交通条件主要比较风电机组的运输条件和运输距离 同时要考虑施工机械的进场 有无桥涵需要加固 有无道路或弯道需要加宽 改造 比较解决交通所需的工程量 2020 3 14 33 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选比较各场址的工程地质条件 比较基础处理的难易程度 在风电场选址时 应尽量选择较场址稳定 地震烈度小 工程地质和水文地质条件较好的场址 作为风电机组基础持力层的岩层或土层应厚度较大 变化较小 土质均匀 承载力能满足风电机组基础的要求 2020 3 14 34 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选比较各场址的接入系统条件 比较各场址和现有变电站的距离 是否需要新建 改建变电站 线路的电压等级 电网的结构 容量 2020 3 14 35 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选除上述因素外 还应考虑 当地政府和居民对在该地区建风电场的态度 用地方面 当地是否已将场址规划为其它用途 或附近有无和建风电场冲突的项目 是否涉及到建筑物拆迁 鱼塘 耕地 林地的占用 地下有无矿产 2020 3 14 36 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选环保方面 是否涉及到自然保护区 文化遗产 风景名胜 对动植物 居民有无不良影响 总装机容量 较大的装机容量可以摊低道路 接入系统等固定成本 投资 初步做出各场址的投资估算 电价 预计项目能够争取到的电价 2020 3 14 37 风电场宏观选址 方法步骤3 场址比选以上因素 要定量分析和定性分析相结合 以定量分析分析为主 对各场址进行综合技术经济比较 可以综合评分 但最好作出初步的财务评价 然后对各场址进行综合排序 确定开发策略和开发步骤 2020 3 14 38 风电场宏观选址 风电场场址的选择是一项复杂的工作 涉及到经济技术 自然地理 社会政治 环境保护等诸多方面 前面只是择其要者作了一下简单介绍 在选址时应进行深入细致的调查研究 编写风电场选址专题报告 2020 3 14 39 风电场微观选址 风电场微观选址即风电机组位置的选择 通过对若干方案的技术经济比较 确定风电场风电机组的布置方案 使风电场获得较好的发电量 2020 3 14 40 风电场微观选址 基本原则1 尽量集中布置 集中布置可以减少风电场的占地面积 充分利用土地 在同样面积的土地上安装更多的机组 其次 集中布置还能减少电缆和场内道路长度 降低工程造价 降低场内线损 2020 3 14 41 风电场微观选址 基本原则2 尽量减小风电机组之间尾流影响 国外有研究成果表明 对单台风电机组 在距风轮2D 3D的顺风中心线处 风速减少35 45 在距风轮8D处 风速减少10 尾流的直径在距风轮8D 10D为2 6D 2 8D 对于行距为8 11D 列距为2 3D的布置 第二排的能量损失在10 时为8 20 在平坦地区进行的7行布置的风电场的测量 其行距为9D 列距2D 第七排比第一排能量约损失20 2020 3 14 42 风电场微观选址 基本原则值得注意的是 多行多列布置的能量损失 和地形 地面粗糙度也有关系 所以上述试验只是给我们一个概念 要减小尾流影响 就要增加风电机组之间的距离 这和集中布置的原则是矛盾的 方案比较就要在矛盾中寻求最优 2020 3 14 43 风电场微观选址 基本原则一般而言 机组布置的行距为3D 5D 列距为5D 9D 单行风电场的风电机最小列距为3D 多行风电场的风电机最小列距为5D 风向集中的场址列距可以小一些 风向分散的场址列距就要大一些 多行布置时 呈梅花形布置尾流影响要小一些 2020 3 14 44 风电场微观选址 基本原则3 避开障碍物的尾流影响区 在风电场中有时会碰到障碍物 障碍物的尾流的大小和强弱与其大小和体型有关 研究表明 对于无限长的障碍物 在障碍物下风向40倍障碍物高度 上方2倍障碍物高度的区域内 是较强的尾流扰动区 风电机组的布置必须避开这一区域 2020 3 14 45 风电场微观选址 基本原则4 满足风电机组的运输条件和安装条件 在平坦地形条件下 满足这一原则是很容易的的 在山区 满足这一原则经常有难度 要根据所选机型需要的运输机械和安装机械的要求 机位附近要有足够的场地能够作业和摆放叶片 塔筒 道路有足够的坡度 宽度和转弯半径使运输机械能到达所选机位 2020 3 14 46 风电场微观选址 基本原则5 视觉上要尽量美观 在与主风能方向平行的方向成列 垂直的方向上成行 行间平行 列距相同 行距大于列距发电量较高 但等距布置在视觉上较好 追求视觉上的美观 会损失一定的发电量 因此在经济效益和美观上 也要有一定的平衡 2020 3 14 47 风电场微观选址 方法步骤风电机组的布置和发电量的计算 一般都借助于WAsP和WindFarmer两个软件 具体步骤如下 1 确认风电场可用土地的界限 2 结合地形 地表粗糙度和障碍物等 利用风电场测站所测的并经过订正的测风资料 在风电场范围内绘制出一定轮毂高度的风能资源分布图 2020 3 14 48 风电场微观选址 方法步骤3 根据微观选址的基本原则和风电场的风能资源分布图 拟定若干布置方案 并用软件对各方案进行优化 4 对各方案的发电量 尾流影响 投资差异及其它相关因素进行经济技术综合比较 确定最终的布置方案 绘制风电机组布置图 2020 3 14 49 机型比选 风电机组按是否接入电网电网分为离网型和并网型两类 我们所讨论的风电机组 如果没有特殊说明 一般是指并网型风电机组 2020 3 14 50 机型比选 并网型风电机组经过几十年的发展 基本上淘汰了一些不实用 技术有缺陷或者不具备商业价值的形式 形成了现在最常见的水平轴 3叶片 上风向 管式塔的统一模式 风电界对机组形式的的认识不再有大的分歧 风力发电机组朝着大型化 高效率的方向快速发展 2020 3 14 51 机型比选 目前我国市场上正在销售的风电机组 单机容量从600kW到2000kW 以失速和控制方式分类 可分为定桨距 变桨距 变速恒频和变桨变速4种型式 2020 3 14 52 机型比选 各种机型的优缺点1 定桨距风电机组定桨距风电机组的叶片安装好以后不能转动 靠叶片的失速来调节功率的输出 额定风速较高 其优点 1 机械结构简单 易于制造 控制原理简单 易于实施 故障率较低 缺点 额定风速高 风轮转换效率低 转速恒定 机电转换效率低 叶片复杂 重量大 制造较难 不宜作大风机 2020 3 14 53 机型比选 各种机型的优缺点2 变桨距风电机组变桨距技术主要解决了风能转换效率低的问题 三各叶片可以根据风速大小转动 使风对叶片的攻角始终保持最佳角度 提高了风轮转换效率 变桨距风电机组的优点 提高了风能转换效率 更充分利用风能 叶片相对简单 重量轻 利于造大型风机 缺点 变桨机构复杂 控制系统也较复杂 出现故障的可能性增加 2020 3 14 54 机型比选 各种机型的优缺点3 变速恒频风电机组变速恒频技术将风轮的转速做成可变的 采用双馈式发电机 通过控制使发电机在任何转速下都始终工作在最佳状态 机电转换效率达到最高 输出功率最大 而频率不变 变速恒频风机的优点 机电转换效率高 缺点 电机结构较为复杂 风轮转速和电机控制较难 2020 3 14 55 机型比选 各种机型的优缺点3 变桨变速风电机组变桨变速风电机组将变桨和变速恒频技术同时应用于风电机组 使其风能转换效率和机电转换效率都同时得到提高 变桨变速风电机组的优缺点优点 发电效率高 超出定桨距风机10 以上 缺点 机械 电气 控制部分都比较复杂 2020 3 14 56 机型比选 机型比选的主要因素1 满足场址的气候条件 在GB18451 1 2001idtIEC61400 1 1999 风力发电机组安全要求 中 根据轮毂高度的年平均风速 50年一遇10分钟平均最大风速 湍流强度等将风电机组分为4个等级 同时还有一个特殊设计的S级 应根据场址的风况选择安全等级的级别 此外还应根据气温范围确定选用标准型或低温型机组 沿海和海岛地区 需注意是否对防腐和绝缘性能提出特殊要求 2020 3 14 57 机型比选 机型比选的主要因素2 注意场址的交通运输条件的制约 3 顺应风电机组发展趋势 尽量选用较大的单机容量较大的 采用变桨变速技术的机型 以减少风电机组的数量 增加发电量 从而减少土地面积的占用和吊装次数 提高经济效益 同时避免将来因厂家停产而难以找到备品备件 大型机组一般采用了更高的输出电压 高电压输出能够降低线损和电缆造价从而降低建设和运行成本 2020 3 14 58 机型比选 机型比选的主要因素4 价格 主要包括风电机组的价格及其基础的费用 单机容量不同时还应比较配套设备和设施的费用 5 售后服务 厂家有无专门的服务机构和服务设施 其它用户对厂家的评价 2020 3 14 59 机型比选 机型比选的方法步骤1 根据交通运输条件和安装条件 确定单机容量的范围 2 根据气候条件 确定几种备选的机型 3 用WAsP软件将几种备选机型作初步布置 计算出其理论发电量 4 对各备选机型及其配套费用作投资估算 其中风电机组的价格用最新的招标价格计算 2020 3 14 60 机型比选 机型比选的方法步骤5 计算各备选机型的度电成本 千瓦投资等指标 6 结合各备选机型的特征参数 结构特点 控制方式 成熟性 先进性 售后服务等进行综合的技术经济比较 确定机型 2020 3 14 61 风电场年上网电量的计算 在确定了风电场拟安装的机型 轮毂高度 风电机组的位置后 即可计算风电场的年上网电量 计算的方法步骤如下 2020 3 14 62 风电场年上网电量的计算 1 计算各风电机组标准状态下的理论发电量 手工计算是相当烦琐的 这里略去不谈 因为一方面限于时间篇幅 另一方面现在可以用软件计算了 需要准备的资料有 1 数字化地形图 比例为1 5万或1 2 5万 范围 距离任一机位5km 若有大的水面 则距离任一机位至少10km 范围太小 影响计算精度 等高距小于20m 2020 3 14 63 风电场年上网电量的计算 2 经过订正的场址测站的风速风向数据和测站的位置 风速计高度 这些数据在风能资源评估时已经做出来 3 选定机型的功率曲线 推力曲线 从风电机组制造厂家可以得到这些曲线 4 场址内障碍物的大小 位置和孔积率 2020 3 14 64 风电场年上网电量的计算 WAsP软件会用的人已经比较多了 掌握起来也不难 这里我着重谈几个问题 地形图 图幅要足够大 WAsP软件的编写人员建议图幅要大于10 10km2 等高线一定要认真输入和检查 避免交叉 全部位于图幅内的等高线要闭合 山峰和山脊的高程要特别标示出来 粗糙度线 粗糙度线是有方向的 在输入时 根据粗糙度西的前进方向 分左右两侧输入 两侧一般不同 和等高线一样 全部位于图幅内的粗糙度线要闭合 2020 3 14 65 风电场年上网电量的计算 障碍物和粗糙度如何区分 假设物体的高度为h 如果兴趣点 风速计或风电机组的轮毂处 到物体的水平距离小于50h且高度小于3h 则物体作为障碍物处理 如果兴趣点 风速计或风电机组的轮毂处 到物体的水平距离大于50h或高度大于3h 则物体作为粗糙度的一个元素处理 2020 3 14 66 风电场年上网电量的计算 2 尾流影响修正 软件的8 0以上版本可以自动计算出风电机组之间尾流影响系数并进行电量的折减 因此尾流修正直接用软件计算的结果 2020 3 14 67 风电场年上网电量的计算 3 空气密度修正 由于场址的空气密度一般不等于标准空气密度1 225kg m3 所以要作空气密度修正 1 优先采用下式计算 2020 3 14 68 风电场年上网电量的计算 累年平均空气密度 kg m3 P 累年平均气压 hPa e 累年平均水汽压 hPa t 累年平均气温为 2020 3 14 69 风电场年上网电量的计算 2 无法得到水汽压时采用下式计算 P 年平均大气压力 Pa R 气体常数 287J kg K T 年平均空气开氏温标绝对温度 273 2020 3 14 70 风电场年上网电量的计算 3 再无法得到大气压力时采用下式计算 353 05 T exp 0 034 z T kg m3 z 风场的海拔高度 m T 年平均空气开氏温标绝对温度 273 2020 3 14 71 风电场年上网电量的计算 4 可利用率折减 一般根据厂家的保证取95 即减去5 5 功率曲线保证折减 一般根据厂家的保证取95 即减去5 6 叶片污染折减 根据场址的空气状况取98 99 即减去1 2 7 湍流强度折减 根据湍流强度的大小 在92 98 取值 即减去2 8 2020 3 14 72 风电场年上网电量的计算 8 气候影响折减 根据场址内由于气温 积冰等天气的影响而不能发电造成的电量损失比例折减 计算方法为 订正的风速数据要完整年 按1m s一个区间统计出各区间的小时数 将各区间的小时数和功率曲线对应的功率相乘并求和 得出不受损失时全年电量 用同样的方法求出一年内损失的电量 求出损失电量和不受损失时全年电量的比值 即可进行折减 风电机组数量多时 按测风塔数量和到测风塔的距离将风电机组的折减比例分组计算 2020 3 14 73 风电场年上网电量的计算 9 损耗和厂用电折减 参照类似已建工程估算折减系数 10 根据场址的具体情况 作其它折减 根据场址的具体情况 还可以作其它折减 经过修正和折减以后 得到各风电机组