風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組選型布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算 演示教學(xué)

1、 風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā) -算估量電 5 風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算 準(zhǔn)：批 宋臻 定：核 董德蘭 吉超盈查：審 核：校 牛子曦 編 李慶慶寫： 5 機(jī)型選擇和發(fā)電量估算 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型5.1在風(fēng)電場的建設(shè)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組的選擇受到風(fēng)電場自然環(huán)境、交通運(yùn)輸、吊裝等條件等制約。在技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)上切實(shí)可行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。根據(jù)風(fēng)場的風(fēng)能資源狀況和所選的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，計(jì)算風(fēng)場的年發(fā)電量，選擇綜合指標(biāo)最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 5.1.1 建設(shè)條件 酒泉地區(qū)南部為祁連山脈，北部為北山山系，中部為平坦的戈壁荒灘，形成兩山夾一谷的地形，成為東西風(fēng)的通道，風(fēng)能資源豐富

2、。場址位于祁連山山脈北麓山前沖洪積戈壁平原上，地勢開闊，地形平緩，便于風(fēng)機(jī)安裝；風(fēng)電場東側(cè)距312國道約30km，可通過簡易道路運(yùn)輸大型設(shè)備。 根據(jù)黑厓子北測風(fēng)塔 2008年7月2009年6月測風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到該風(fēng)電場場址90m高度風(fēng)功率密度分布圖見圖5.1（圖中顏色由深至淺代表風(fēng)能指標(biāo)遞減）。由圖5.1可見，該風(fēng)電場場址地勢開闊，地形平坦，風(fēng)能指標(biāo)基本一致。根據(jù)風(fēng)能資源計(jì)算結(jié)果，該風(fēng)電場主風(fēng)向和主風(fēng)能方向一致，以E風(fēng)和W風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)能最大和頻次最高。 用WASP9.0軟件推算到預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度90m高度年平均風(fēng)速為7.32m/s，2，威布爾參數(shù)A=8.3， k=2.0；50m高度年平均風(fēng)速

3、為平均風(fēng)功率密度為380W/m2330W/m7.04m/s，平均風(fēng)功率密度為，威布爾參數(shù)A=7.9， k=2.06。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法判定該風(fēng)電場風(fēng)功率密度等級為3級。 黑厓子西風(fēng)電場90m高度年有效風(fēng)速（3.0m/s25.0m/s）時(shí)數(shù)為7131h，風(fēng)速頻率主要集中在3.0 m/s12.0m/s ,3.0m/s以下和25.0m/s以上的無效風(fēng)速少，無破壞性風(fēng)速, 年內(nèi)變化小，全年均可發(fā)電。 由玉門鎮(zhèn)氣象站近30年資料推算70m、80 m、90 m和100m高度標(biāo)準(zhǔn)空氣密度條小于50.45m/s,和49.71 m/s、48.90 m/s、48.00m/s年一遇極大風(fēng)速分別為50件下52

4、.5m/s。5090m高度15m/s風(fēng)速段湍流強(qiáng)度介于0.06600.0754之間,小于0.1，湍流強(qiáng)度較小。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400-1(2005)判定該風(fēng)電場可選用適合IEC及其以上安全等級的風(fēng)機(jī)。 圖5.1 黑厓子西風(fēng)電場90m高度風(fēng)功率密度分布圖 5.1.2 機(jī)型選擇 根據(jù)目前國內(nèi)成熟的商品化風(fēng)電機(jī)組技術(shù)規(guī)格，并結(jié)合該風(fēng)電場建設(shè)條件，初步選擇單機(jī)容量為2000kW、2500kW和3000kW的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行比選。機(jī)型特征參數(shù)如下： 葉片數(shù)： 3片 額定功率： 2000kW、2500kW和3000kW 風(fēng)輪直徑： 93113m 4 m/s 3切入風(fēng)速：切出風(fēng)速： 2025m/s 額

5、定風(fēng)速： 1112.5m/s 安全風(fēng)速： 52.570m/s 輪轂高度： 69100m 根據(jù)黑厓子西風(fēng)電場風(fēng)能資源特點(diǎn)和場址范圍，風(fēng)機(jī)排布采用東西間隔9D，南北間隔5D，按風(fēng)機(jī)廠提供的當(dāng)?shù)乜諝饷芏认碌墓β是€采用WASP9.0軟件分別計(jì)算各風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量。并參照目前各風(fēng)電機(jī)組在我國市場上的大致價(jià)格情況，對初選的3種機(jī)型6種方案進(jìn)行了投資估算和財(cái)務(wù)分析，結(jié)果見表5.1。 表5.1 初選方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表 方1方2方3方4方5方6序 單FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500 GW100/2500 SL3000/113 SL3000/113單機(jī)容kW25003000130002

6、00020002500臺1619191622424 輪轂高度 m 80 3 69 80 100 90 100 葉片直徑 m 113 100 93 93 100 4 113 總裝機(jī)容量 MW 47.5 48 5 48 48 48 47.5 年理論發(fā)電量 萬kWh 6 14498.6 14752.6 14763.9 15415.1 15116.8 15234.5 年上網(wǎng)電量 萬kWh 9991.6 10574.6 10671.5 10186.8 7 10183.5 10470.5 年利用小時(shí)數(shù) h 8 2082 2203 2144 2122 2247 2181 工程靜態(tài)投資 萬元 38283.13

7、 43702.05 44335.09 43298.55 39999.47 40575.28 9 工程動(dòng)態(tài)投資 萬元 39217.63 41565.73 44355.47 45417.31 44768.82 40975.87 10 主機(jī)綜合造價(jià) 元/kW 4700 5200 5400 5200 5400 4700 11 單位千瓦投資 79755/8170 8333/8536 9236/9461 9104/9326 8542/8750 9115/9337 元/kW （靜態(tài)/動(dòng)態(tài)） 12 單位電度投資 3.83 3.93 4.17 4.06 3.98 4.19 元/kWh （靜態(tài)） 13 排序 1

8、6 4 2 3 5 14 備注：投資概算為中間成果。 由表5.1可看出，各方案中，方案1的單位電度投資最小，為3.83元/kW.h；方案6的單位電度投資最大，為4.19元/kW.h。由于方案5為業(yè)主指定機(jī)型，所以本次 ）機(jī)型作為設(shè)計(jì)依據(jù)。SL113-3000/90（華銳5以方案5.1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo) 推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見表5.2，推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線及33）功率1.017 kg/m）見表5.3。推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（推力系數(shù)曲線表（1.017 kg/m曲線和推力系數(shù)曲線見圖5.2。 表5.2 SL113-3000/90低溫型風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表 機(jī)SL113-30

9、00/90項(xiàng) 1. (m) 113.3)10039.7 (掃風(fēng)面上風(fēng) 3變槳變功率調(diào)節(jié)方 (m/s)切入風(fēng)3.0 (m/s)切出風(fēng)25.0 (m/s)額定風(fēng)11.552.3 (m/s)極限風(fēng)-345C運(yùn)行溫度（ ( t )輪轂重282. 華銳科制造廠型3100額定功690額定電1200/60額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范140絕緣等H功率因數(shù)調(diào)節(jié)范容0.感0.9機(jī)艙和塔3.(t)機(jī)艙總重120(t)葉38.4塔架類圓錐式鋼塔塔架高度90 （含基礎(chǔ)塔架重量 (t) 306 環(huán)） 3） 5.3 推薦機(jī)型功率曲線及推力系數(shù)曲線表（1.017 kg/m表SL113-3000/9功(kW)推力系)(m/s)1.0379

10、30.45 0.8395 97.53 40.7404 236.69 50.7399 446.58 60.7391 737.24 70.7386 81123.39 0.7385 91617.75 0.6626 2117.00 100.5812 2560.54 110.4980 2881.55 120.3572 3000.19 130.2776 143000.19 0.2226 153000.19 0.1823 163000.19 0.1517 173000.19 0.1281 3000.19 180.1094 193000.19 0.0945 3000.19 200.0823 3000.19 2

11、10.0723 223000.19 0.0640 233000.19 0.0570 3000.19 24 0.0511 25 3000.19 備注：所列參數(shù)為風(fēng)機(jī)廠家提供。 3）功率曲線和推力系數(shù) SL113-3000/90（空氣密度1.017kg/m推薦機(jī)型圖5.2 5.2 風(fēng)電場總體布置 5.2.1 風(fēng)電機(jī)組布置原則 （1）根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，使風(fēng)機(jī)間距滿足發(fā)電量較大，尾流影響較小為原則。從本風(fēng)電場風(fēng)向、風(fēng)能玫瑰圖分析，主風(fēng)向?yàn)槲?W)風(fēng)和東(E)風(fēng)，風(fēng)能最大的方向是西(W)風(fēng)和東(E)風(fēng)，風(fēng)電機(jī)組排列應(yīng)垂直于主風(fēng)能方向。 （2）本風(fēng)電場屬戈壁灘地，地勢平坦。風(fēng)電機(jī)的布置應(yīng)根據(jù)地形條件，

12、充分利用風(fēng)電場的土地和地形，經(jīng)多方案比較，選擇機(jī)組之間的行距和列距，盡量減少尾流影響。 （3）考慮風(fēng)電場的送變電方案、運(yùn)輸和安裝條件，力求輸電線路長度較短，運(yùn)輸和安裝方便。 ）不宜過分分散，便于管理，節(jié)省土地，充分利用風(fēng)力資源。4（5.2.2 風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組布置 風(fēng)電場場址為戈壁荒灘，地勢平坦，主風(fēng)向和最大風(fēng)能密度的方向一致，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，所以，本區(qū)域風(fēng)電場風(fēng)機(jī)排列方式采用矩陣式分布，該風(fēng)電場內(nèi)部采用梅花型布置。即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群排列方向與盛行風(fēng)向垂直，前后兩排錯(cuò)位，后排風(fēng)機(jī)位于前排2臺風(fēng)機(jī)之間。 根據(jù)國外進(jìn)行的試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)之間的距離為其風(fēng)輪直徑的20倍時(shí)，風(fēng)機(jī)之間無影響，但考慮到道路、輸電電纜

13、等投資成本的前提下，風(fēng)機(jī)之間列距一般約為35倍風(fēng)輪直徑，行距約為59倍風(fēng)輪直徑。根據(jù)本風(fēng)場常年風(fēng)向和主風(fēng)能方向?yàn)镋和W，確定南北為列，東西為行。選取華銳SL113-3000/90風(fēng)機(jī)（輪轂高度為90m，功率曲線為3下）分別按4D8D、4D9D、4D10D、5D8D、5D9D、5D10D1.017kg/m、6D8D、6D9D布置進(jìn)行比較。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，增大風(fēng)機(jī)南北間距比增大東西間距發(fā)電量增加的多，且風(fēng)機(jī)間距增大到一定程度后間距增大發(fā)電量增加緩慢。各布置方案中5D9D布置方案最優(yōu)，最終按5D9D布置，即南北間隔為5D （565m），東西間隔為9D（1020m）。具體機(jī)位可根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)一步在小范圍

14、內(nèi)優(yōu)化，以便風(fēng)機(jī)布置更為合理。風(fēng)電場推薦機(jī)型風(fēng)機(jī)總平面布置圖見附圖15。 5.2.3 風(fēng)電場之間尾流影響分析 黑厓子西風(fēng)電場東側(cè)有已建成的黑厓子風(fēng)電場一期、二期（各安裝24臺單機(jī)容量2.0MW的風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量96MW）。 為盡可能減少風(fēng)電場之間的尾流影響，本次設(shè)計(jì)考慮在兩個(gè)風(fēng)電場之間設(shè)置一定的風(fēng)速恢復(fù)距離。在計(jì)算分析過程中，當(dāng)逐步增大兩個(gè)風(fēng)電場的距離時(shí)，風(fēng)電機(jī)組之間的尾流影響值也逐步減小，且風(fēng)場間距增大到一定程度后間距增大尾流影響減小緩慢。考慮到黑厓子西后期風(fēng)機(jī)布置，本次黑厓子西風(fēng)電場和已建成的黑厓子風(fēng)電場之間預(yù)留1.3km的間距。 5.3 年上網(wǎng)電量估算 （1）理論年發(fā)電量計(jì)算 根據(jù)黑厓子

15、北測風(fēng)塔2008.072009.06實(shí)測資料及風(fēng)機(jī)布置方案，推薦機(jī)型華銳31.017kg/mSL113-3000/90當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋ǎ┫碌墓β是€和推力系數(shù)，利用WASP9.0軟件進(jìn)行發(fā)電量計(jì)算，得到黑厓子西風(fēng)電場工程風(fēng)機(jī)的理論年發(fā)電量和風(fēng)機(jī)尾流影響后（計(jì)算時(shí)不僅考慮了本風(fēng)場風(fēng)機(jī)之間的尾流影響，而且考慮了黑厓子一期、黑厓子二期風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的尾流影響）的年發(fā)電量。 ）風(fēng)電機(jī)組利用率2（根據(jù)目前不同風(fēng)電機(jī)組的制造水平和本風(fēng)電場的實(shí)際條件，本次設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)可利用率采用95%。 （3）風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率 風(fēng)電機(jī)組廠家對功率曲線的保證率一般為95%，本次在計(jì)算發(fā)電量時(shí)采用當(dāng)?shù)乜諝?下風(fēng)電機(jī)組功率曲線，本次

16、功率曲線的保證率取94%。密度1.017kg/m （4）控制與湍流影響折減 當(dāng)風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉片與機(jī)艙也逐漸要隨著轉(zhuǎn)變，但實(shí)際運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，因此在計(jì)算電量時(shí)要考慮此項(xiàng)折減。本風(fēng)電場湍流強(qiáng)度介于0.050.07,湍流強(qiáng)度較小。本風(fēng)場此兩項(xiàng)折減系數(shù)取4%。 （5）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(dòng)特性下降?？紤]本風(fēng)場風(fēng)機(jī)受當(dāng)?shù)毓I(yè)污染影響為主，空氣質(zhì)量較好，葉片污染折減系數(shù)取1%。 （6）氣候影響停機(jī) 玉門鎮(zhèn)氣象站（19712000年）30年實(shí)測極端最高溫度為36；實(shí)測極端最低溫度為-35。 經(jīng)調(diào)查甘肅潔源三十里井子風(fēng)電場與甘肅大唐低窩鋪風(fēng)

17、電場，在（2008年1月21日2008年2月9日）時(shí)間段，甘肅潔源三十里井子風(fēng)電場使用的常溫型風(fēng)機(jī)因低溫停機(jī)兩周，甘肅大唐低窩鋪風(fēng)電場使用的低溫型風(fēng)機(jī)沒有出現(xiàn)因低溫而停機(jī)的情況。 因此根據(jù)本風(fēng)場的氣候特性，參考其他工程取氣候影響停機(jī)折減系數(shù)：低溫型風(fēng)機(jī)折減系數(shù)取2%，常溫型風(fēng)機(jī)折減系數(shù)取2.5%，由于本次確定機(jī)型為低溫型風(fēng)機(jī)，因此氣候影響折減系統(tǒng)取2%。 （7） 廠用電、線損等能量損耗 初步估算廠用電和輸電線路、箱式變電站損耗占總發(fā)電量的5%。 （8） 電網(wǎng)波動(dòng)影響 考慮到酒泉地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量較大，建成后對電網(wǎng)影響較大。本次電網(wǎng)波動(dòng)折減系數(shù)取2%。 （9） 其它因素影響 考慮。1%考慮風(fēng)電場運(yùn)

18、行中遇到一些其它的影響因素，暫按 。5.4經(jīng)以上綜合折減后，黑厓子西風(fēng)電場工程推薦機(jī)型發(fā)電量成果見表表5.4 黑厓子西風(fēng)電場工程推薦機(jī)型發(fā)電量計(jì)算表 項(xiàng) 年利容量電網(wǎng)波動(dòng)氣候影響用小其他 系數(shù) 折減 折減 時(shí)數(shù)0.02 0.02 0.01 kw.h 萬kw.h 萬kw.h 萬kw.h h 687.3 678.2 669.2 2231 0.51 643.6 2145 661.0 652.3 0.49 637.4 2125 0.49 654.6 646.0 636.1 2120 644.7 0.48 653.3 638.2 646.8 655.4 2127 0.49 651.8 660.6 669

19、.4 2173 0.50 792.8 90 6.7% 880.8 845.6 HD54 SL113-3000/90 836.8 739.9 695.9 943.6 661.7 951.0 6.0% 894.3 679.6 2206 706.5 90 670.7 0.50 858.5 HD55 SL113-3000/90 849.5 804.8 751.2 653.1 670.7 7.2% 950.6 882.5 2177 697.2 90 661.9 0.50 794.3 847.2 HD56 SL113-3000/90 838.4 741.3 645.5 689.1 872.3 945.3

20、7.7% 2152 732.7 662.9 90 0.49 654.2 837.4 828.6 HD57 SL113-3000/90 785.0 644.2 687.7 2147 7.7% 943.0 870.5 661.6 90 0.49 652.9 783.4 835.7 827.0 HD58 SL113-3000/90 731.2 649.3 693.2 877.5 939.1 6.6% 2164 737.1 666.9 90 0.49 658.1 842.4 833.6 HD59 SL113-3000/90 789.7 678.9 724.8 2.5% 941.2 917.4 2263

21、 697.3 0.52 90 688.1 825.7 880.7 871.6 HD60 SL113-3000/90 770.6 666.1 900.2 943.7 4.6% 711.1 2220 756.1 684.1 90 0.51 675.1 864.2 855.2 HD61 SL113-3000/90 810.2 664.7 947.8 709.7 2216 682.7 0.51 673.7 90 808.5 862.4 853.4 754.6 SL113-3000/90 HD62 898.3 5.2% 666.1 684.1 2220 711.1 675.1 0.51 810.1 86

22、4.1 90 900.1 5.3% SL113-3000/90 HD63 950.1 855.1 756.1 664.6 682.6 2215 673.6 0.51 808.3 898.1 90 5.0% 945.0 SL113-3000/90 HD64 862.2 853.2 754.4 709.5 匯總0.50 2181 13583.4 13441.9 12734.4 11885.4 11178.0 10753.5 10612.0 10470.5 14149.3 6.4% 15116.8 型機(jī) 目方案FD93B/2000 FD93B/2000 輪轂高度 1 方案理論發(fā)電2 方案尾流扣除尾流3 方案控制與湍4 方案葉片污染利用率折5 功率曲線方案6 量 GW100/2500 影響影響發(fā)電 系數(shù)量GW100/2500 流影響折 減SL3000/113 折減 SL3000/113 減 折減 單機(jī)容量（風(fēng)機(jī)編號 ）kW 風(fēng)機(jī)型號 2000 2000 2500 2500 3000 3000 本期工程機(jī)組臺數(shù)（臺