风力发电机组发电项目后评价的典型案例分析

风力发电机组发电项目后评价的典型案例分析

0风电场运行经济性建设项目竣工后评估是建设项目建设过程的重要步骤。20世纪30年代，第一个项目的后评价活动始于美国。从2005年至今,中国风电装机容量快速连续增长。目前,风电项目后评价方面的研究已经取得一些研究成果,并应用在风电场项目建成后的评估方面。文献采用层次分析法(AHP)评价风电场运行经济性;文献提出用风电机组分布系数、风资源系数和损失系数来评价风电场运行情况。为了提高项目建设单位的投资决策水平和风电项目投资效益,需找出项目决策时确定的目标和项目投资完成后各项指标的差别和变化,分析原因、总结经验、提出对策建议,通过信息反馈,改善投资管理和决策,达到提高投资效益的目的。文献偏重于风电场后评估中的运行经济性和运行情况的研究,并未对风电场运行后的发电量指标进行详细分析和评估。而风力发电机组的发电量指标是体现风电场运营的后评价过程中的重要指标之一,因此需对风电场的实际年发电量进行统计,采用合理方法分析后,将其与设计值进行对比,查找影响发电量的内、外部因素,根据风电场的实际情况,有针对性地提出建议和相关措施,达到对风电场发电量指标的评估目的。1风电场运行效率和年发电量的确定方法风电场发电量后评估是将预期目标与实际效果进行对比的一种分析法。将风电场建成前后的实际情况加以对比,考核该风电场运行效率和年发电量。将风电场可研阶段所预测的风资源和风力发电机的年发电量,与风电场建成投产后的实际情况相比较,从中找出存在的差别及原因,为以后风电场的设计提供准确、可靠的思路和方法。对设计值是保守还是偏大进行理论分析研究,从而提高风能资源的分析能力和风电机组的选型原则、充分利用风能资源,提高风电场发电量。2实际运行年份上网排放量与可研阶段测算出的上网消耗量等比例推算风电场发电量后评估有6个步骤:(1)对风电场内测风塔的测风数据和风电场每台风机的运行数据进行收集、整理;(2)判断实际运行年份的风能资源代表年情况,将实际发电量订正到代表年;(3)将设计参数与实际运行参数进行对比;(4)分析对比前后产生的偏差及差异原因;(5)提出缩小偏差的调整建议;(6)改进不足,进而提高整个风电场的运行效率和发电量。发电量代表年订正方法具体如下:根据实际运行年份的气象站同期数据或现场测风塔实测数据,判断实际运行年份的风能资源代表年情况,判断其是否是水平年。如果实际运行年份不是水平年,则需对发电量进行等比例推算至代表年发电量后,再进行比较;如果实际运行年份属于水平年,则直接对风电场实际运行后的上网发电量与可研阶段测算出的上网发电量进行比较。若V0=V1,且E0<E1,表示设计值偏小,但是设计值不超过实际值,就认为实际发电量能够达到设计的水平,认为设计是合理的;若V0=V1,且E0=E1,表示设计值合理;若V0=V1,且E0>E1,表示设计值偏大。若V0≠V1,则通过风功率密度是风速的3次方关系、且发电量是风功率密度等比例的原则,列出发电量代表年订正公式推算出E2,考虑到实际发电量和代表年订正后的推算发电量同处于同一个风电场,风电场地形和空气密度是统一的,式中的E2是通过实际发电量推算得出,实际发电量已包含了地形和空气密度的影响,因此此处公式中仅考虑风速对发电量的影响。若V0≠V1,且E0<E2,表示设计值偏小,但是设计值不超过订正后的推算值,就认为推算后的发电量能够达到设计的水平,认为设计是合理的;若V0≠V1,且E0=E2,表示设计值合理;若V0≠V1,且E0>E2,表示设计值偏大。式中:V0为测风塔代表年年平均风速;V1为风电场实际运行年份测风塔的年平均风速;E0为可研报告中计算出的上网发电量;E1为风电场实际运行年份上网发电量;E2为经推算的风电场代表年份上网发电量。3实例分析3.1荒草平荒地场区选取吉林省某风电场数据进行分析。该风电场地形平坦开阔,局部地形略有起伏,海拔高度为150~170m,场区内植被稀疏,为荒草平原。共设置33台金风1500-82风机,轮毂高度为70m,装机容量为49.5MW,本风电场并网时间为2011年8月,考虑到并网初期风力发电机组的调试、故障等因素会影响发电量,因此本次后评估采集时段为2011年9月1日~2012年8月31日的实际并网发电运行数据。3.2测风塔风电分析结果本风电场可研阶段与实际运行期使用的测风塔为同一测风塔的不同测风时段,测风塔70m高度处代表年平均风速为7.0m/s。实际运行统计数据如下:实际运行期70m高度处的年平均风速为5.96m/s,上网发电量见表1;弃风小时数为1599小时11分,弃风电量为32971000kW·h;33台风机故障时间合计为966.8h,可利用率为99.67%;各风速段对应功率汇总见表2。由于测风塔的位置和测风高度都没有变化,通过风电场实际运行期的测风塔数据与可研阶段代表年订正后的数据进行对比分析后得知,本风电场设计期的风能资源分析与实际运行期相比,除盛行风方向略有差异外,风速的年内分布、月平均风速、风功率密度变化趋势均一致,可认为设计期的风能资源评价合理。可研阶段气象站测风同期的年平均风速与近10年气象站年平均风速相等,均为3.0m/s,判定可研阶段测风时段为水平年,测风塔70m高度处代表年平均风速为7.0m/s;实际运行期使用的测风塔为同一测风塔的不同测风时段,因未收集到气象站同期数据,因此用实际运行期测风塔的实测年平均风速与测风塔代表年平均风速对比进行大小风年的判定。实际运行期70m高度处的年平均风速为5.96m/s,小于可研阶段70m高度处的年平均风速7.00m/s。以此判断,本风电场实际运行年份为小风年,需对实际并网发电数据进行代表年订正后再进行比较评价。3.3不同运行期可研产出上网火炬风电场实际运行年份为小风年,由发电量代表年订正公式及表1中数据可知,实际运行期代表年订正后的上网发电量为128358857kW·h,订正后的发电量数值与可研得出的上网发电量对比如表3所示,使用同样公式将实际运行期每台风机的发电量均进行代表年订正,将其与可研得出的上网发电量进行对比,结果如图1所示,实际运行期比可研得出上网发电量大9.5%,能够达到设计期的上网发电量要求,设计合理。由表3及图1可知,实际运行期经代表年订正后的总上网发电量比设计期上网发电量多9.5%,订正后的每台风机的发电量均大于设计期的上网发电量,能够达到设计期的上网发电量要求,设计基本合理。3.4台风机停机时间及风电场弃风影响数据分析由3.2及3.3节的分析可知,本风电场可研阶段的风能资源及发电量设计均合理,由于与实际运行期的偏差达到9.5%,因此需对偏差进行原因分析。设计期及后评估阶段调整后的各项折减系数如表4所示。表4中各项折减情况如下。(1)尾流影响。实际运行期的尾流影响无统计数据,无法计算尾流对发电量带来的实际影响,因此此项使用软件计算得出的数值,不进行调整。(2)风机可利用率。本风电场并网时间刚满一年,在运行初期误操作和维护停机得占一定时间,风机因故障造成停机的时间较少,本风电场全年停机时间达到966.8h,每台风机停机时间约占全年的0.3%,随着运行时间增加,故障等因素会逐渐出现,停机时间会逐渐增加,因此此项暂不调整。(3)功率曲线保证率。本风电场统计出实际运行期间33台风机的每个风速段对应的功率曲线数值(见表2),将其与标准功率曲线对比后,得知偏差小于5%,因此此项暂不调整。(4)叶片污染。可研主要考虑叶片结冰、积雪、沙尘等影响,由于风电场并网运行后,这方面的影响无法预估,因此此项暂不进行调整。(5)线损和站用电。经与风电场电气人员核实,线损约为发电量的2.5%;站用电经风电场每日统计得出,全年站用电为92855kW·h,约为全年发电量的0.5%。因此此项调整为3.0%。(6)湍流影响。风电场没有湍流影响方面的数据统计,此项不进行调整。(7)气候影响。可研考虑的此项折减主要指因气候原因造成的机组停机带来的影响。经现场运行人员统计数据,判断气候影响造成的停机时间能达到满负荷发电的比例为6%。(8)偏航。本风电场的盛行风能方向相对集中,但是次盛行风能方向比例也较大,对风机的偏航会有一定影响,因此此项不进行调整。(9)电网限电。可研阶段此项折减考虑电网限电引起的弃风因素,风电场弃风数据如图2所示。由实际运行期的弃风数据可知,本风电场弃风高峰时段集中在1—5月,本风电场大风月为3—5月,大风月弃风对发电量会产生直接影响。本风电场全年弃风小时为1599h,约占全年的18%,经现场运行人员统计弃风时段数据,判断弃风时段能达到满负荷发电的比例为9%。使用调整后的综合折减系数37.28%,再次进行发电量的比较,结果见表5,由表5可知,偏差由9.35%减小为4.60%,调整后的发电量更加符合实际情况。4整折减系数的设定采用代表年分析订正的方法对风电场发电量进行后评估,将实际运行期的发电量与可研阶段进行对比分析,针对差异分析原因、调整折减,能够使调整后的发电量更加符合实际情况,为以后在本地区的风电场可研设计提供参考依据及指导性意义,同时也为可研设计人员提高设计水平提供参考。由于不同地区气候条件、建设条件及电网条件均不相同,因此不同地区的项目进行后评估需针对当地情况收集相应数据,对各项折减系数进行针对性调整。未来,可综合多个地区的项目情况,为可研设计人员和后评估人员提供参考。(1)影响发电机的测量风若可研阶段使用的测风塔不具代表性、测风时段不同、测风仪器老化、未校准等因素均会影响测风资料精度,从而影响发电量。可研阶段至实际运行至少要经历1~3年时间,因此测风时段及仪器的问题无法消除。(2)那就明白了可研阶段推荐的机型若不是业主最终招标确定的风力发电机组机型,则由于各种机型的功率曲线不同,会对发电量结果产生直接影响。(3)尾流控制位置可研阶段的风机布点是在点位优化软件的基础上,适当手调、考虑与村庄、道路、河流、线路等的安全距离后,将尾流控制在8%以下得到的;实际运行阶段的风机布点是在微观选址阶段,每个机位实地考察计算发电量,得到的符合现场情况的最终机位。风机布点的差异会对发电量的结果产生直接影响。由于可研与实际运行阶段存在前后顺序,因此风机布点引起的发电量前后差异无法消除。(4)让我们温度一下风电场内的风力发电机组若因故障、特殊气象条件、不可抗力、合理的例行维护时间、误操作停机等原因造成停机,将会对发电量产生直接影响。(5)少风目前,由于电网建设的相对滞后,三北地区