風力發(fā)電機組選型、布置及風電場發(fā)電量估算(切吉二期)

1、7 風電機組選型、布置及風電場發(fā)電量估算青海切吉風電場二期49.5MW工程預(yù)可行性研究報告7 風電機組選型、布置及風電場發(fā)電量估算 7.1 風力發(fā)電機組選型在風電場的建設(shè)中，風力發(fā)電機組的選擇受到風電場自然環(huán)境、交通運輸、吊裝等條件制約。在技術(shù)先進、運行可靠、滿足國產(chǎn)化的前提下，應(yīng)根據(jù)風電場風況特征和風電機組的參數(shù)，計算風電場的年發(fā)電量，選擇綜合指標最佳的風力發(fā)電機組。7.1.1 建設(shè)條件切吉風電場二期工程場址海拔高度在3150m3260m之間，屬高海拔地區(qū)，空氣稀薄，多年平均空氣密度為0.885kg/m3，應(yīng)選擇適合高海拔地區(qū)的風機；該風電場場址地處柴達木盆地東北邊緣，地貌類型以山前傾斜平原

2、的戈壁灘為主，地形平坦，地勢開闊，便于風機安裝；場址北距青藏公路（109國道）3.2km，交通便利，施工條件較好，可通過簡易道路運輸大型設(shè)備。根據(jù)0622#測風塔 2006.11.12008.10.31 測風數(shù)據(jù)計算得到風電場場址80m高度風功率密度分布如圖7.1所示。圖中用顏色深淺表示風能指標高低，顏色越深風能指標越好，顏色越淺風能指標越差。由圖7.1可見，該風電場場址地勢開闊，地形平坦，風能指標基本一致。根據(jù)0622#測風塔風能資源計算結(jié)果，本風電場主風向和主風能方向基本一致，以西西北（WNW）和西（W）風的風速、風能最大和頻次最高。80m高度風速頻率主要集中在1.0 m/s9.0m/s

3、,無破壞性風速，全年均可發(fā)電。80m高度年平均風速為6.54m/s，年平均風功率密度為309.0W/m2，年有效風速（3.0m/s20.0m/s）利用時數(shù)分別為6900h。用WASP9.0程序進行曲線擬合計算，得到0622#測風塔80m高度年平均風速為6.65m/s,平均風功率密度為319W/m2；50m高度年平均風速為6.31m/s,平均風功率密度為275W/m2；30m高度年平均風速為6.03m/s,平均風功率密度為236W/m2；10m高度年平均風速為5.27m/s,平均風功率密度為165W/m2。根據(jù)風電場風能資源評估方法判定該風電場風功率密度等級接近3級。由茶卡氣象站30年資料推算推

4、算至風力發(fā)電機組輪轂69m、70m、80m高度50年一遇最大風速分別為32.81m/s、32.86m/s、33.3m/s（切變指數(shù)取0.10），均小于37.5m/s。50m 70m高度湍流強度值小于0.12，湍流強度較小。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400-1(2005)標準判定該風電場可選用適合IECIIIc級及其以上安全標準的風機。 圖7.1 切吉風電場二期80m高度風功率密度分布圖7.1.2 機型選擇根據(jù)本風電場建設(shè)條件，該風電場場址海拔高度在3150m3260m之間，屬高海拔地區(qū)，空氣稀薄，存在電機絕緣和散熱等問題。經(jīng)調(diào)研國內(nèi)適合高海拔地區(qū)的風機制造廠家，本次初選南車時代WT88-150

5、0kW、金風科技GW87-1500kW、東汽FD93E-1500kW、湖南湘電XE93-2000kW和上汽W105-2000kW風機進行了比較。機型特征參數(shù)如下：葉 片 數(shù)： 3片額定功率： 1500kW、2000kW風輪直徑： 87105m切入風速： 33.5m/s切出風速： 20m/s25m/s額定風速： 11.513m/s安全風速： 52.5m/s輪轂高度： 6980m根據(jù)切吉風電場風能資源特點，按照東西間距9D（D為葉片直徑）、南北間距5D的原則進行布置，按風機廠提供的當?shù)乜諝饷芏?.885kg/m3狀況下功率曲線，采用WASP9.0軟件分別計算各風電機組理論發(fā)電量和尾流影響后的發(fā)電量

6、，并按綜合折減系數(shù)26%計算年上網(wǎng)電量，參照各風電機組的報價情況，對初選的5種機型分別進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)果見表7.1。表7.1 初選機型經(jīng)濟比較表序號項 目單位方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE93-2000W105-20001單機容量kW150015001500200020002臺數(shù)臺33333324243輪轂高度m70706980804葉片直徑m888793931055總裝機容量MW49.549.549.548486理論發(fā)電量萬kW·h14249.814151.614070.812887.712909.17年上網(wǎng)電量萬k

7、W·h9063.78978.58956.78237.08844.48年等效滿負荷小時數(shù)h183118141809171618439工程靜態(tài)投資萬元39231.8140102.0540135.1238155.5738317.5110工程動態(tài)投資萬元40189.2441080.7241114.6039086.7339252.6211主機綜合(含運費)元/kW4730480048004750469012單位千瓦投資（靜態(tài)）元/kW7925.628101.428108.107949.087982.8113單位千瓦投資（動態(tài)）元/kW8119.048299.148305.988143.0781

8、77.6314單位電度靜態(tài)投資元/kW·h4.3294.4664.4824.6324.33115排序13452從表7.1可知，不同機型發(fā)電量差別相對較大，風電場年等效滿負荷小時數(shù)從1716h到1843h不等。從表7.1中可知，方案5（W105-2000kW）單位電度靜態(tài)投資較低，且市場占有率較高，因此本次設(shè)計以方案5（W105-2000kW）為推薦方案，即以24臺上汽W105-2000kW機型為設(shè)計依據(jù)。7.1.3 風力發(fā)電機組的技術(shù)指標比較推薦方案主要技術(shù)參數(shù)見表7.2，各比選風力發(fā)電機功率參數(shù)、推力系數(shù)參數(shù)見表7.3，各比選風力發(fā)電機功率曲線、推力系數(shù)曲線見圖7.2圖7.3。表7

9、.2 推薦方案風機的主要技術(shù)參數(shù)表上汽項目 機型W105/20001. 轉(zhuǎn) 輪直 徑(m)105掃風面積(m2)8655風輪轉(zhuǎn)速(r.p.m)對風方向上風向葉 片 數(shù)3功率調(diào)節(jié)方式變槳距切入風速(m/s)3切出風速(m/s)20額定風速(m/s)10極限風速(m/s)52.52. 發(fā)電機類 型雙饋異步發(fā)電機額定功率(kW)2081輸出電壓(V)690轉(zhuǎn)速范圍9831983額定轉(zhuǎn)速(r.p.m)1812功率因素0.95（感性）0.95（容性）防護等級IP54絕緣等級F7-10表7.3 比選風力發(fā)電機功率曲線及推力系數(shù)曲線表（密度0.885kg/m3）WT88-1500kWGW87-1500kWF

10、D93E-1500kWXE93-2000kWW105-2000kW風速m/s功率kW推力系數(shù)風速m/s功率kW推力系數(shù)風速m/s功率kW推力系數(shù)風速m/s功率kW推力系數(shù)風速m/s功率kW推力系數(shù)3.5370.99033191.05563300325.14290.88490239.70.9664670.90384720.838543.5170.92493.546.57650.8085413.530.90.9174.51050.833651480.805454460.848485.25220.738037484.50.87651490.77262620.805424.5840.77744.512

11、5.0820.7321754.5134.70.8155.52010.76374210.8053851270.74195170.7580.7324445193.30.77762640.763686330.805395.51810.74755.5227.5040.7324815.5264.20.7776.53390.764298980.7629762450.75056300.5150.732476351.30.77774260.76461011760.684776.53220.75346.5382.4270.732626.5453.20.7777.55260.76511114570.6132374

12、140.7567476.3050.7325347573.40.77786350.76351215000.428727.55200.75787.5585.2940.7325887.5711.60.7778.57540.73771315000.3227886440.75898710.1060.7323998876.30.77798830.70331415000.252738.57790.74748.5852.320.7325678.51054.10.7779.510150.67061515000.2032399200.7133910130.732614912490.7471011510.63871

13、615000.166819.510710.68189.51176.510.7325949.51450.40.71310.512880.6071715000.139021012200.6465101367.270.7326011016450.681114230.57521815000.1174510.513590.608410.51571.760.73261910.517850.64711.515440.54251915000.100411114830.5695111779.160.710361118740.591215440.44372015000.0867811.515000.48111.5

14、1939.030.68575411.519350.47912.515440.38182115000.075651215000.4066122004.940.6005391219710.4091315440.33312215000.0665112.515000.351212.520100.49839812.519900.35513.515440.29321315000.30681320100.4288331320000.311415440.260313.515000.27091420100.33037213.520000.27614.515440.23271415000.2411520100.2

15、636021420000.2451515440.209314.515000.21581620100.21489714.520000.21815.51544019431720100.1783751520000.1961615440.171615.51500015027815.520000.17916.51544015971920100.1281391620000.1631715440.14316.51500011047416.520000.14917.51544013

16、332120100.0961361720000.1351815440.120817.515000.12252220100.08436117.520000.12518.515440.11151815000.11292320100.074571820000.1161915440.103218.515000.10442420100.06636118.520000.10719.515440.09581915000.09682520100.0594141920000.0992015440.089219.515000.089919.520000.09320.515440.08312015000.08382

17、020000.0862115440.077620.515000.078321.515440.07272115000.07322215440.068221.515000.068722.515440.06412215000.06452315440.060422.515000.060723.515440.05692315000.05722415440.053823.515000.05424.515440.05082415000.05112515440.048224.515000.04842515440.03682515000.0459圖7.2 初選風力發(fā)電機功率曲線（密度0.885kg/m3）圖7.

18、3 初選風力發(fā)電機推力系數(shù)曲線（密度0.885kg/m3）7.2 風電場總體布置7.2.1 風電機組布置原則(1) 根據(jù)本風場風向和風能特點，使每臺風機垂直于主風能方向布置，以便使風能利用率達到最大；(2) 充分利用風電場的土地和地形，經(jīng)多方案詳細比較，恰當選擇機組之間的行距和列距，使風機間距滿足發(fā)電量較大，尾流影響較?。?3) 充分考慮風電場的送變電方案、運輸和安裝條件，力求使架空線路長度最短，修建道路投資最少，同時要滿足運輸和安裝方便條件；(4) 不宜過分分散，以便于管理，節(jié)省土地，充分利用風力資源。7.2.2 風電機組布置 風電場場址為戈壁荒灘，地勢平坦，主風向和最大風能密度的方向基本一

19、致，盛行風向穩(wěn)定，所以風機排列方式采用風力發(fā)電機組群排列方向與盛行風向垂直，前后兩排錯位，后排風機位于前排2臺風機之間，呈梅花型布置。根據(jù)切吉風電場一期工程設(shè)計經(jīng)驗，本風電場常年風向和主風能方向為西（W）風。切吉二期風電場采用垂直于西風、5D（南北間距）×9D（東西間距）布置方案。具體機位可根據(jù)實際地形進一步優(yōu)化。推薦方案上汽W105-2000機型葉片長度為105m，風機南北間距525m，東西間距945m。7.3 風電場年上網(wǎng)電量估算 (1)理論年發(fā)電量計算根據(jù)0622#測風塔完整兩年風速資料、風機布置方案及1:50000地形圖，采用各機型當?shù)乜諝饷芏葹?.885kg/m3的功率曲線

20、和推力系數(shù)曲線，利用WASP9.0軟件進行發(fā)電量計算，得到風機的理論年發(fā)電量和風機尾流干擾后的年發(fā)電量。（2）風電機組利用率根據(jù)目前不同風電機組的制造水平和本風電場的實際條件，本次設(shè)計風機可利用率采用95%。（3）風電機組功率曲線保證率本次在計算發(fā)電量時采用當?shù)乜諝饷芏?.885kg/m3下風電機組功率曲線。本風電場為高原型風電場，本次功率曲線的保證率取94%。（4）控制與湍流影響折減當風向發(fā)生轉(zhuǎn)變時，風機的葉片與機艙也逐漸隨著轉(zhuǎn)變，但實際運行中的發(fā)電機組控制總是落后于風的變化，因此在計算電量時要考慮此項折減。本風電場湍流強度值小于0.12，湍流強度較小。本風場此兩項折減系數(shù)取4%。（5）葉片

21、污染折減葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動特性下降。考慮本風場風沙較大，葉片污染折減系數(shù)取1%。（6）氣候影響停機因此根據(jù)本風場的氣候特性，參考其他工程取氣候影響停機折減系數(shù)取3%。（7） 場用電、線損及電網(wǎng)波動等能量損耗初步估算場用電和輸電線路、箱式變電站損耗和電網(wǎng)波動占總發(fā)電量的5%。（8） 其它因素影響考慮風電場運行中遇到一些其它的影響因素，暫按2%考慮。經(jīng)過以上綜合修正后，切吉風電場二期初選風力發(fā)電機的年上網(wǎng)電量及年利用小時數(shù)成果見表7.4。表7.4 初選機型發(fā)電量計算比較表機 型項 目方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE

22、93-2000W105-2000單機容量（kW）15001500150020002000本期工程機組臺數(shù)（臺）3333332424輪轂高度（m）7070698080本期工程總裝機容量（MW）49.549.549.54848理論發(fā)電量（萬kW·h）14249.814151.6 14070.8 12887.7 12909.1上網(wǎng)電量（萬kW·h）9063.78978.58956.78237.08844.4年等效滿負荷利用小時數(shù)（h）18311814180917161843容量系數(shù)0.2090.2070.2070.1960.210由表7.4可看出，推薦方案（上汽W105-2000

23、kW）年上網(wǎng)電量為8844.4萬kW·h，年等效滿負荷小時數(shù)為1843h，容量系數(shù)為0.21。推薦方案單機發(fā)電量計算表見表7.5。項目威布爾參數(shù)平均風速理論發(fā)電量扣除尾流影響發(fā)電量利用率折減功率曲線折減控制與湍流影響折減氣候影響折減葉片污染折減損耗及場用電折減其它因素影響折減年利用小時數(shù)AK/5%6%4%3%1%5%2%/單位m/s/m/s萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h小時17.21.66.59536.3508.5483.1452.6432.3417.0411.9386.5376.3188227.21.66.59536.65

24、02.8477.6447.5427.4412.3407.2382.1372.0186037.21.66.59537.4499.2474.3444.3424.3409.4404.4379.4369.4184747.21.66.6537.8496.1471.3441.6421.7406.8401.9377.1367.1183657.21.66.59536.3492.1467.5438.0418.3403.6398.6374.0364.2182167.21.66.59536.9491.6467.0437.5417.8403.1398.2373.6363.8181977.21.66.56532.748

25、8.2463.8434.5415.0400.3395.5371.0361.3180687.21.66.56533.3494.0469.3439.7419.9405.1400.1375.4365.6182897.21.66.59535.9509.4483.9453.4433.0417.7412.6387.1376.91885107.21.66.61539.0503.0477.8447.6427.5412.4407.4382.2372.21861117.21.66.61539.0496.2471.4441.7421.8406.9402.0377.1367.21836127.31.66.6537.7490.6466.0436.6417.0402.3397.3372.8363.01815137.31.66.6537.9489.0464.5435.2415.6401.0396.1371.6361.81809147.31.66.62541.0491.4466.8437.3417.7402.9398.0373.5363.61818157.21.66.64542.8494.4469.7440.0420.2405.4400.4375.7365.818