风力发电机组选型和布置优化设计

风力发电机组选型和布置优化设计

0风力资源的优化设计屋顶能源发电作为一种主要的可利用能源能源模型，应用于中国内陆和沿海地区，对能源供应和环境保护等领域发挥着重要作用。尤其是在沿海地区风力资源丰富,电力负载巨大,其经济性优势尤为突出。在风电场的设计过程中,是否能合理布置风电机组的机位和选择风机型式,都直接影响到风电场风能利用率和建设投资成本,尤其是在地形变化较大、气流变化复杂的条件下,设计时应根据有关地形条件、风力气象条件以及不同厂家生产的各类型号的发电机组进行优化设计。设计过程多是由设计人员利用适当的软件结合工程经验完成。在国外,丹麦、英国、美国等国家开发相关设计软件的历史较早,使用广泛、影响力较大,如:丹麦RISO国家研究实验室开发的RisoWAsP(windatlasanalysisandapplicationprogram)风图谱分析和应用软件,使用的国家超过100个,可考虑不同地形表面的影响及障碍物引起的屏蔽因素,通过对风的变化情况的修正正确选择风电场场址,并且可以与其他软件配套使用。该软件已经成为基于PC的风力资源评估软件的标准。国内科研院所、高校开发的相关软件由于缺少权威机构的评估、认证以及实际工程的检验,影响力有限。本文基于山东胶南子罗49.5MW风电场工程实例,应用WAsP软件分析了风电机型选择及机位布置方法,从而实现设计优化。1风机结构布置方案宏观选址是在一个较大的地区内选择风能利用效率较高的小区域,确定项目的拟建规模及建设地点,可以作为可行性研究的微观选址依据。微观选址需要对风力资源、用户需求、地理条件等多种因素进行综合分析,使风电场发电量最大化。微观选址可分为可研阶段和施工图阶段。可研阶段的侧重于发电量和尾流控制是否合适,风机位置需满足业主报批国土环评矿物等部门的条件。施工图阶段侧重于是否满足当地部门规划要求,勘测施工是否可以实现,兼顾运输和风机基础尺寸要求以及发电量、尾流。在不同地区风机选址存在较大差异,对于平坦地形(如内蒙古通辽地区)仅考虑按垂直主方向梅花状布置风机,保证风机间距;对于复杂地形(如山东沿海地区)还需考虑风机的运输和道路的成本等情况。一般情况下布置风力发电机组时要充分考虑以下几点:(1)风力发电机组垂直于主导风能方向排列;(2)充分利用风电场的土地;(3)尽量减小风力发电机组之间的相互影响、满足风电机组之间行、列距的要求,在主导风向上要求机组间隔(行距)5~9倍风轮直径;(4)考虑风电机组之间的相互影响后尽量缩短机组之间的距离,从而减少集电线路的长度;2风机容量的选择在风电场场地平坦程度、运输、安装等条件允许的前提下,可选择单机容量大的机组,这样可以充分利用土地资源和风力资源,提高工程项目的经济性。当地形较为复杂时,则要综合考虑运输、安装等成本后选择单机容量。目前风力发电机组容量多为600~3000kW。其中,600kW机组虽然技术较成熟,但是由于单机容量小,国内较少采用。750kW机组由于具有技术成熟、运营业绩良好、运输安装要求不高等优点,所以在运输条件不好的场所推荐选择。1000~2000kW机组容量较大,技术成熟,适合场地平坦的风电场。此外,3000kW及其以上容量的风力发电机也逐渐得到广泛的使用,多应用于风资源较好的海上风电,可以在有限的区域内最大限度的利用风资源,使单个风机获得最大出力,但是该机型叶片较长,对于安装场地、设备运输及吊装有较高要求。3风场机的选择和配置案例的分析3.1风电机组优选方案胶南市处山东半岛西南隅,胶州湾畔,属北温带季风气候区,主风向和主风能方向分别为S、NNE,根据《风电场风能资源评估方法》风功率密度等级表中参考值判断,该风电场风能资源达到2级标准,具有一定的开发前景。当地电源供电能力相对不足,拟建中的胶南子罗风电场工程总装机容量为49.5MW,年最大发电量约为8978万kWh。本工程应用WAsP软件进行风电机组优选分析,其工作流程主要包括:一是依据输入的实测风数据生成风图谱,得到标准状况下的风速概率分布;二是在风图谱的基础上分析风场中平均风速、平均风功率密度等风况特征。3.2风力发电机12000kw本工程中发风电场属于低风速区域,地貌成因类型为剥蚀丘陵,地貌类型为低丘,地形起伏较大。根据现场实地勘察,从叶片运输、场地平整及风机吊装等环节考虑,宜采用1000~2000kW风力发电机组。在本工程中选择了七个厂家的不同型号的7种风电机组进行比较。通过对七种机型的功率曲线比较图的分析选出合适的风电机组。3.3风机选型选型方案综合考虑风电场地形和气象资料,利用WAsP软件绘制风电场70m高、80m高风能资源分布图,如图2所示。本风电场主导风向为S,次风向为SSE,主风能方向为NNE、次风能方向NNW,风电场主风能方向较集中,对风机布置较为有利。风机尽量布置在风能资源高、运输方便、较为平整的地方,并将尾流控制在较低的范围,选出合适风机点位33台,具体分布如图3所示。风电场受山坡风或沟谷风等地面风影响较大,因此在下阶段微观选址时需对部分风机进行测风试验,进一步确定风机机位。考虑到所规划风场区域需布置100MW的规划容量,尽量选用单机容量较大的风电机组,因此淘汰WTG1机型。对于2MW风机布置方案从33个机位中选出最优的24个机位,再对其余六种机型进行比较。3.4风力机机组选型对比风电场发电量计算是在机组机位布置方案确定的基础上,考虑机组特性、气象条件等影响因素,通过WAsP软件计算得出,结果详见表1。除了根据发电量高低与施工条件选择适合风电场的机型外,还要考虑风电机组的综合性能价格比。发电成本高低是本工程项目能否赢利的关键。根据各风机厂家提供的风电机组单机价格,计算各机型单机性能价格比,以每万kWh电量风电机组单机价格进行比较,得到表2各种机型单机性能价格比:通过上述比较,WTG5在等效满负荷运行小时数上有优势;WTG6机型次之;其他风力发电机的年上网发电量在参与比较的6种机型中较小。WTG2、WTG3和WGT4轮毂高度均为70m高,其配套工程造价区别不大,可通过单机性能价格比对风机进行比选,通过表2可以看出,在性价比方面,WTG4机型最具优势,WTG3次之。而WTG5轮毂高度为80m,其配套工程如塔筒、基础等工程量增加,需进行工程造价比较。WTG6和WTG7均为2MW风机,但WTG6在性价比上优于WTG7,因此将WGT4、WGT5和WGT6进行工程造价比较。由表3看出,在工程造价比较方面,WTG5机型最具优势,WTG4机型稍次之,WTG6造价和上网电价最高。本期工程中推荐安装WTG5型风机,建议安装高度为80m,其年上网发电量为89.78GW·h,年单机等效满负荷运行小时数为1814h,平均容量系数为0.2070。4基于sap软件的风机机组选型优化分析本