风电机组选型与布置参考资料

1、风电场建设之风力机组选型与布置,1.1,风力发电机组选型,1.1.1,风能资源分析,通过对测风塔的数据进行分析，得出代表年,50m,80m,高度的年平均风速、风功率密度。根,据风电场风能资源测量方法,GB-T18710,2002,可以判断风功率密度等级，一般来说,风功率密度达到,3,级以上，风电场才有开发价值,各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向,稳定，才有利于风能资源的有效利用,根据风电场,65,85m,轮毂高度处,50,年一遇最大风,速，风电场风机轮毂高度处,15m/s,风速区间的湍,流强度，判定风电场工程可以选择的风力发电机,组类别,1.1,风力发电机组选型,1.1.2,机型范围初

2、选,1,满足场址的气候条件。在,GB,18451.1,2001,idt,IEC,61400-1,1999,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,风力机等级的基本参数,1.1,风力发电机组选型,1.1.2,机型范围初选,国内外风电场工程的经验表明，在现有的技术条件下，对于一个,已知场区的风电场，单机容量选择在某个确定的范围内，项

3、目的,经济性会相对较高。在进行单机容量选择时，首先应确定一个适,合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市,场业绩良好并且经济性较高的机型,0,500,1000,1500,2000,2500,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,风速 m/s,功率 kW,WTG1000,WTG1500B,WTG1500A,WTG1500C,WTG2000,1.1,风力发电机组选型,1.1.2,机型范围初选,风电机组选型要考虑的几个因素,一、风轮输出功率控制方式,风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。

4、两种控制方式各有,利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。变速变桨距机型比定速定桨距,机型更具优越性，它不仅能在低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最,佳叶尖速比以获得最大风能；也能在高风速时根据风轮转速的变化，储存或,释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。从目前市场情,况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多,二、风电机组的运行方式,风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风电机组的好处,是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此,风力发电机组经常工作在风能利用系数,Cp,较低的点上，风能得不到充分利,用,变速运行的风电机组一般采用双馈异步

5、发电机或多极永磁同步发电机。变速,运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳，从而最,大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率,1.1,风力发电机组选型,1.1.2,机型范围初选,风电机组选型要考虑的几个因素,三、发电机的类型,发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永磁同步电,机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常运行中在发出有功,功率的同时，需要从电力系统吸收一定的无功功率才能正常运行,机端,的电容补偿只能减少从电力系统吸收无功功率的数量,双馈感应型风,力发电机的功率因数,COS,可以在,0.95,0.95,之间变化，也就是说,可以根据电网的需要发出或者

6、吸收无功功率，改善当地电网的电压质,量，提高电力系统的稳定水平,四、风力发电机组的传动方式,风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式。目前,风力发电机大多采用齿轮传动，成本较低，但是降低了风电转换效率,产生噪音，是造成机械故障的主要原因，而且为了减少机械磨损需要,润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式有效地提高了系统的,效率以及运行可靠性，但同时也提高了电机的设计成本,1.1,风力发电机组选型,1.1.2,机型范围初选,根据风电场址的地形、地质特点、风资源分布情况，以及风力发,电机组技术成熟、先进、可靠等要求，选择多种适合的机型，按,单一机型方案进行风力发电机组的优化布置,1

7、.1,风力发电机组选型,1.1.3,风电机组总体布置,布置机位时需要考虑地形地貌、主导风向与主导,风能方向、地面障碍物等影响因素。具体布置时,因地制宜，根据风电场地形条件、建设规模、风,力发电机组的型号及装机的台数进行优化布置,实现在有限的场区范围内达到最大的上网发电量,和最低成本的目标,在软件优化的基础上手工调整风机位置，调整风,机与防护林、村庄、线缆等地物之间的距离，考,虑风机的相对集中布置，同时将尾流效应控制在,合理范围内，以充分利用土地资源与风资源，减,少集电线路长度，方便运输安装,1.1,风力发电机组选型,1.1.4,轮毂高度优化,计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，随着轮毂高度增

8、加,发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，塔筒与基,础加固引起的基本投资增加。结合各风机厂家现在的生产情况,技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对不同机型不同轮毂,高度的发电量与经济性进行综合比较，推荐比选的几种机型的轮,毂安装高度,1.2,不同机型发电量估算,1.2.1,年理论发电量及单机尾流的计算,根据各机型单一机组的布置方案，利用软件，计,算各种风机的年净发电量（尾流折减后），并计,算风力发电机组的尾流损失,1.2,不同机型发电量估算,1.2.2,空气密度修正系数,由于风功率密度与空气密度成正比，在相同的风速条件,下，空气密度不同则风电机组出力不一样，风电场年上,网电量估算应

9、进行空气密度修正。因此需要对软件在标,准空气密度条件下计算得到的发电量进行修正。原理上,可根据风功率密度与空气密度成正比的特点，将标准空,气密度对应下的功率曲线估算的结果乘以空气密度修正,系数进行空气密度修正。当实测空气密度偏离标准空气,密度较大时，按正比关系进行修正的误差较大,根据风电场具体风资源情况，结合各机型的功率曲线,计算不同机型在对应轮毂高度处能达到额定功率前的理,论发电量所占比例，仅对风机满发前的发电量按照空气,密度正比关系修正进行折减,1.2,不同机型发电量估算,1.2.2,空气密度修正系数,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

10、,优先采用下式计算,1000,378,0,00366,0,1,276,1,e,P,t,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,1.2,不同机型发电量估算,1.2.2,空气密度修正系数,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,287 J/kg,K,T,年平均空气开氏温标绝对温度,273,kg/m,3,RT,P,1.2,不同机型发电量估算,1.2.2,空气密度修正系数,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

11、气开氏温标绝对温度,273,1.2,不同机型发电量估算,1.2.3,控制和湍流折减,风电机组随风速风向的变化不断调整机组的运行,状态，实际运行中机组控制总是落后于风的变化,使风机的输出功率减小。根据风电场湍流强度值,大小情况，对控制和湍流折减系数取值，控制和,湍流系数一般取,97,左右,1.2,不同机型发电量估算,1.2.4,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,动性能下降。根据风电场风沙、降雨量大小、夏,季昆虫多少、冬季叶片结冰等情况，判断可能造,成的叶片污染程度，对叶片污染折减系数取值,一般污染系数取,97,左右,1.2,不同机型发电量估算,1.2.5,风电机组利用率,

12、风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经,济效益的高低；风力机本身性能的好坏，也要通,过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现,故障隐患，减少故障发生机率，提高风机运行效,率。风机维护可分为定期检修和日常排故维护两,种方式。考虑风力发电机组故障、检修对发电效,率的影响，将常规检修安排在小风月，根据目前,风力发电机组的制造水平和已建风电场的运行经,验，一般风电场风力发电机组的可利用率为,95,1.2,不同机型发电量估算,1.2.6,功率曲线折减,考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为,95,在计算发电量时应予以考虑，因此取风电,机组功率曲线保证率,95,1.2,不同机型发电量估算,1.2

13、.7,场用电、线损等能量损耗,根据风电场地形复杂程度，地势起伏情况，集电,线路能量损耗大小。估算场用电和输电线路、机,组变电站损耗占总发电量的百分比，一般能量损,耗系数为,95,左右,1.2,不同机型发电量估算,1.2.8,气候影响停机,根据风电场区域冬季低温气温天数、风力发电机,组适应的温度范围等情况，当风场的气温超出它,的适应范围，风机将不再发电。低温环境下，风,机的运行效率有所下降，且风机停机再启动需要,温度回升区间。另外当气温下降到,10,时风机,的润滑系统也将会受到影响,0,以下叶片表面,结冰也会影响风机翼型的气动性能，使发电量降,低。一般北方寒冷地区风电场低温气候影响折减,按,95

14、,左右考虑,1.2,不同机型发电量估算,1.2.9,总折减系数,根据上述各项折减系数，计算出不同机型对应的,总折减系数,1.2,不同机型发电量估算,1.2.10,年上网电量测算,根据风电场各种机型风机年理论发电量扣除上述,发电量损失，即得出年上网发电量,从发电量,指标角度，对各种机型进行比较,1.3,不同机型综合经济比较,评价一种机型的优劣,不能仅,从发电,量和等,效利用,小时来,考虑,应综合,经济指,标来评,价,除,发电量,外,风,电机组的价格、塔架,底座,箱变,电缆,公路以,及变电,站等也,都是影,响机型,方案选,择的重,要因素,对,风,电机组,进行综,合指标,比,较,以最终,确定风,电场

15、机组选型,1.4,机型选择推荐意见,确定风电项目机型最终推荐意见，主要考虑三个,因素：一是所推荐机型方案的发电量指标优越,二是该方案投资经济指标合理，抗风险能力强,三是该方案上网电价低，即考虑综合技术经济指,标优越的机型方案,根据风机在发电量、机组投资、上网电价等各项,综合指标上的明显的优势，推荐一种风机作为选,择方案，以此作为进一步工程设计的依据,1.5,风电机组布置推荐方案,对优选的机型进行进一步优化布置，考虑整体规,划的影响，以获得较大发电量和最优经济效益为,原则，既要保证风机间距以减小尾流损失又要考,虑风机的相对集中布置以减少集电线路及道路的,投资；不仅考虑每个机位最优，而且考虑各风机

16、,之间的相互影响与风机长期稳定运行的安全性,从而保证整个风电场的发电量最大，效益最好,问题一,为什么要进行合理的风力发电机组排布,风电场风资源评估结果及初步选定的风机型号,问题二,2,风力发电机组布置,一,风力发电机组布置的指导原则,二,风力发电机组布置方案的确定,重点难点,风力发电机组布置,风电机组布置基本原则,1,根据风向和风能玫瑰图,使风机间距满足发电量,较大，尾流影响较小为,原则,2,风电机的布置应根据地,形条件，充分利用风电,场的土地和地形，恰当,选择机组之间的行距和,列距，尽量减少尾流影,响，并结合当地的交通,运输和安装条件选择机,位,3,考虑风电场的送变电方,案、运输和安装条件,

17、力求输电线路长度较短,运输和安装方便,不宜过分分散，便于管,理，节省土地，充分利,用风力资源,风电机组布置指导原则,1,当盛行主风向为一个方向或两个方向且相互为反方向时，风,力发电机组排列一般为矩阵式分布。风力发电机组群排列方向,与盛行方向垂直，前后两排错位,主风向,主风向,风电机组布置指导原则,2,当场地存在多个盛行方向时，风力发电机组排布一般采用,田”或圆形分布,风电机组布置指导原则,3,风电场布置风电机组时，在行距（盛行风向）上要求机组间,相隔,5-9,倍风轮直径，在列距（垂直于盛行风向）上要求机组间,相隔,3-5,风轮直径,梅花型布置图,主风向,5D-9D,3,D,5,D,风力发电机组

18、尾流效应,风经过风电机组后将部分,动能转化为机械能，机械,能再转化为电能，从而使,风速降低，对后面的风电,机组发电量产生影响，即,尾流效应。按基本原则布,置风机时，风电场尾流影,响使发电量减少约,5,左右,风力发电机组布置方案,案例：瓜州某风电场，根据风测量数据由,WAsP9.0,生成,的风图谱如下，初选机型为某公司,SL1500,风机，总装机容量,为,49.5MW,试确定风机的排布方案,风力发电机组布置方案,初选机型的主要技术参数,机,型：变桨距、上风向、三叶片,额定功率,1500kW,风轮直径,77m,轮毂中心高,65m,切入风速,3.0m/s,额定风速,11.5m/s,切出风速,20m/s,最大抗风,52.5m/s,控制系统：计算机控制，可远程监控,工作寿命,20,年,风力发电机组布置方案,确定布置方案,由风图谱结果看出，该风场常年风向和主风能方向为,W,和