风力发电机组选型布置及风电场发电量估算切吉二期.docx
《风力发电机组选型布置及风电场发电量估算切吉二期.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电机组选型布置及风电场发电量估算切吉二期.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
风力发电机组选型布置及风电场发电量估算切吉二期
7风电机组选型、布置及风电场发电量估算
7风电机组选型、布置及风电场发电量估算
7.1风力发电机组选型
在风电场的建设中，风力发电机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件制约。
在技术先进、运行可靠、满足国产化的前提下，应根据风电场风况特征和风电机组的参数，计算风电场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。
7.1.1建设条件
切吉风电场二期工程场址海拔高度在3150m～3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，多年平均空气密度为0.885kg/m3，应选择适合高海拔地区的风机；该风电场场址地处柴达木盆地东北边缘，地貌类型以山前倾斜平原的戈壁滩为主，地形平坦，地势开阔，便于风机安装；场址北距青藏公路（109国道）3.2km，交通便利，施工条件较好，可通过简易道路运输大型设备。
根据0622#测风塔2006.11.1～2008.10.31测风数据计算得到风电场场址80m高度风功率密度分布如图7.1所示。
图中用颜色深浅表示风能指标高低，颜色越深风能指标越好，颜色越浅风能指标越差。
由图7.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。
根据0622#测风塔风能资源计算结果，本风电场主风向和主风能方向基本一致，以西西北（WNW）和西（W）风的风速、风能最大和频次最高。
80m高度风速频率主要集中在1.0m/s～9.0m/s,无破坏性风速，全年均可发电。
80m高度年平均风速为6.54m/s，年平均风功率密度为309.0W/m2，年有效风速（3.0m/s～20.0m/s）利用时数分别为6900h。
用WASP9.0程序进行曲线拟合计算，得到0622#测风塔80m高度年平均风速为6.65m/s,平均风功率密度为319W/m2；50m高度年平均风速为6.31m/s,平均风功率密度为275W/m2；30m高度年平均风速为6.03m/s,平均风功率密度为236W/m2；10m高度年平均风速为5.27m/s,平均风功率密度为165W/m2。
根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级接近3级。
由茶卡气象站30年资料推算推算至风力发电机组轮毂69m、70m、80m高度50年一遇最大风速分别为32.81m/s、32.86m/s、33.3m/s（切变指数取0.10），均小于37.5m/s。
50m～70m高度湍流强度值小于0.12，湍流强度较小。
根据国际电工协会IEC61400-1（2005）标准判定该风电场可选用适合IEC
c级及其以上安全标准的风机。
图7.1切吉风电场二期80m高度风功率密度分布图
7.1.2机型选择
根据本风电场建设条件，该风电场场址海拔高度在3150m～3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，存在电机绝缘和散热等问题。
经调研国内适合高海拔地区的风机制造厂家，本次初选南车时代WT88-1500kW、金风科技GW87-1500kW、东汽FD93E-1500kW、湖南湘电XE93-2000kW和上汽W105-2000kW风机进行了比较。
机型特征参数如下：
叶片数：
3片
额定功率：
1500kW、2000kW
风轮直径：
87～105m
切入风速：
3～3.5m/s
切出风速：
20m/s～25m/s
额定风速：
11.5～13m/s
安全风速：
52.5m/s
轮毂高度：
69～80m
根据切吉风电场风能资源特点，按照东西间距9D（D为叶片直径）、南北间距5D的原则进行布置，按风机厂提供的当地空气密度0.885kg/m3状况下功率曲线，采用WASP9.0软件分别计算各风电机组理论发电量和尾流影响后的发电量，并按综合折减系数26%计算年上网电量，参照各风电机组的报价情况，对初选的5种机型分别进行了技术经济比较，结果见表7.1。
表7.1初选机型经济比较表
序号
项目
单位
方案1
方案2
方案3
方案4
方案5
WT88-1500
GW87-1500
FD93E-1500
XE93-2000
W105-2000
1
单机容量
kW
1500
1500
1500
2000
2000
2
台数
台
33
33
33
24
24
3
轮毂高度
m
70
70
69
80
80
4
叶片直径
m
88
87
93
93
105
5
总装机容量
MW
49.5
49.5
49.5
48
48
6
理论发电量
万kW·h
14249.8
14151.6
14070.8
12887.7
12909.1
7
年上网电量
万kW·h
9063.7
8978.5
8956.7
8237.0
8844.4
8
年等效满负荷小时数
h
1831
1814
1809
1716
1843
9
工程静态投资
万元
39231.81
40102.05
40135.12
38155.57
38317.51
10
工程动态投资
万元
40189.24
41080.72
41114.60
39086.73
39252.62
11
主机综合（含运费）
元/kW
4730
4800
4800
4750
4690
12
单位千瓦投资（静态）
元/kW
7925.62
8101.42
8108.10
7949.08
7982.81
13
单位千瓦投资（动态）
元/kW
8119.04
8299.14
8305.98
8143.07
8177.63
14
单位电度静态投资
元/kW·h
4.329
4.466
4.482
4.632
4.331
15
排序
1
3
4
5
2
从表7.1可知，不同机型发电量差别相对较大，风电场年等效满负荷小时数从1716h到1843h不等。
从表7.1中可知，方案5（W105-2000kW）单位电度静态投资较低，且市场占有率较高，因此本次设计以方案5（W105-2000kW）为推荐方案，即以24台上汽W105-2000kW机型为设计依据。
7.1.3风力发电机组的技术指标比较
推荐方案主要技术参数见表7.2，各比选风力发电机功率参数、推力系数参数见表7.3，各比选风力发电机功率曲线、推力系数曲线见图7.2～图7.3。
表7.2推荐方案风机的主要技术参数表
上汽
项目机型
W105/2000
1.转轮
直径（m）
105
扫风面积（m2）
8655
风轮转速（r.p.m）
对风方向
上风向
叶片数
3
功率调节方式
变桨距
切入风速（m/s）
3
切出风速（m/s）
20
额定风速（m/s）
10
极限风速（m/s）
52.5
2.发电机
类型
双馈异步发电机
额定功率（kW）
2081
输出电压（V）
690
转速范围
983～1983
额定转速（r.p.m）
1812
功率因素
0.95（感性）～0.95（容性）
防护等级
≥IP54
绝缘等级
F
表7.3比选风力发电机功率曲线及推力系数曲线表（密度0.885kg/m3）
WT88-1500kW
GW87-1500kW
FD93E-1500kW
XE93-2000kW
W105-2000kW
风速[m/s]
功率[kW]
推力
系数
风速[m/s]
功率[kW]
推力
系数
风速[m/s]
功率[kW]
推力
系数
风速[m/s]
功率[kW]
推力
系数
风速[m/s]
功率[kW]
推力
系数
3.5
37
0.9903
3
19
1.05563
3
0
0
3
25.1429
0.884902
3
9.7
0.966
4
67
0.9038
4
72
0.83854
3.5
17
0.9249
3.5
46.5765
0.808541
3.5
30.9
0.917
4.5
105
0.8336
5
148
0.80545
4
46
0.848
4
85.2522
0.738037
4
84.5
0.876
5
149
0.772
6
262
0.80542
4.5
84
0.7774
4.5
125.082
0.732175
4.5
134.7
0.815
5.5
201
0.763
7
421
0.80538
5
127
0.7419
5
170.758
0.732444
5
193.3
0.777
6
264
0.7636
8
633
0.80539
5.5
181
0.7475
5.5
227.504
0.732481
5.5
264.2
0.777
6.5
339
0.7642
9
898
0.76297
6
245
0.7505
6
300.515
0.73247
6
351.3
0.777
7
426
0.7646
10
1176
0.68477
6.5
322
0.7534
6.5
382.427
0.73262
6.5
453.2
0.777
7.5
526
0.7651
11
1457
0.61323
7
414
0.756
7
476.305
0.732534
7
573.4
0.777
8
635
0.7635
12
1500
0.42872
7.5
520
0.7578
7.5
585.294
0.732588
7.5
711.6
0.777
8.5
754
0.7377
13
1500
0.32278
8
644
0.7589
8
710.106
0.732399
8
876.3
0.777
9
883
0.7033
14
1500
0.25273
8.5
779
0.7474
8.5
852.32
0.732567
8.5
1054.1
0.777
9.5
1015
0.6706
15
1500
0.20323
9
920
0.7133
9
1013
0.732614
9
1249
0.747
10
1151
0.6387
16
1500
0.16681
9.5
1071
0.6818
9.5
1176.51
0.732594
9.5
1450.4
0.713
10.5
1288
0.607
17
1500
0.13902
10
1220
0.6465
10
1367.27
0.732601
10
1645
0.68
11
1423
0.5752
18
1500
0.11745
10.5
1359
0.6084
10.5
1571.76
0.732619
10.5
1785
0.647
11.5
1544
0.5425
19
1500
0.10041
11
1483
0.5695
11
1779.16
0.71036
11
1874
0.59
12
1544
0.4437
20
1500
0.08678
11.5
1500
0.481
11.5
1939.03
0.685754
11.5
1935
0.479
12.5
1544
0.3818
21
1500
0.07565
12
1500
0.4066
12
2004.94
0.600539
12
1971
0.409
13
1544
0.3331
22
1500
0.06651
12.5
1500
0.3512
12.5
2010
0.498398
12.5
1990
0.355
13.5
1544
0.2932
13
1500
0.3068
13
2010
0.428833
13
2000
0.31
14
1544
0.2603
13.5
1500
0.2709
14
2010
0.330372
13.5
2000
0.276
14.5
1544
0.2327
14
1500
0.241
15
2010
0.263602
14
2000
0.245
15
1544
0.2093
14.5
1500
0.2158
16
2010
0.214897
14.5
2000
0.218
15.5
1544
0.1891
15
1500
0.1943
17
2010
0.178375
15
2000
0.196
16
1544
0.1716
15.5
1500
0.1757
18
2010
0.150278
15.5
2000
0.179
16.5
1544
0.1564
16
1500
0.1597
19
2010
0.128139
16
2000
0.163
17
1544
0.143
16.5
1500
0.1456
20
2010
0.110474
16.5
2000
0.149
17.5
1544
0.1312
17
1500
0.1333
21
2010
0.096136
17
2000
0.135
18
1544
0.1208
17.5
1500
0.1225
22
2010
0.084361
17.5
2000
0.125
18.5
1544
0.1115
18
1500
0.1129
23
2010
0.07457
18
2000
0.116
19
1544
0.1032
18.5
1500
0.1044
24
2010
0.066361
18.5
2000
0.107
19.5
1544
0.0958
19
1500
0.0968
25
2010
0.059414
19
2000
0.099
20
1544
0.0892
19.5
1500
0.0899
19.5
2000
0.093
20.5
1544
0.0831
20
1500
0.0838
20
2000
0.086
21
1544
0.0776
20.5
1500
0.0783
21.5
1544
0.0727
21
1500
0.0732
22
1544
0.0682
21.5
1500
0.0687
22.5
1544
0.0641
22
1500
0.0645
23
1544
0.0604
22.5
1500
0.0607
23.5
1544
0.0569
23
1500
0.0572
24
1544
0.0538
23.5
1500
0.054
24.5
1544
0.0508
24
1500
0.0511
25
1544
0.0482
24.5
1500
0.0484
25
1544
0.0368
25
1500
0.0459
图7.2初选风力发电机功率曲线（密度0.885kg/m3）
图7.3初选风力发电机推力系数曲线（密度0.885kg/m3）
7.2风电场总体布置
7.2.1风电机组布置原则
（1）根据本风场风向和风能特点，使每台风机垂直于主风能方向布置，以便使风能利用率达到最大；
（2）充分利用风电场的土地和地形，经多方案详细比较，恰当选择机组之间的行距和列距，使风机间距满足发电量较大，尾流影响较小；
（3）充分考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求使架空线路长度最短，修建道路投资最少，同时要满足运输和安装方便条件；
（4）不宜过分分散，以便于管理，节省土地，充分利用风力资源。
7.2.2风电机组布置
风电场场址为戈壁荒滩，地势平坦，主风向和最大风能密度的方向基本一致，盛行风向稳定，所以风机排列方式采用风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，后排风机位于前排2台风机之间，呈梅花型布置。
根据切吉风电场一期工程设计经验，本风电场常年风向和主风能方向为西（W）风。
切吉二期风电场采用垂直于西风、5D（南北间距）×9D（东西间距）布置方案。
具体机位可根据实际地形进一步优化。
推荐方案上汽W105-2000机型叶片长度为105m，风机南北间距525m，东西间距945m。
7.3风电场年上网电量估算
（1）理论年发电量计算
根据0622#测风塔完整两年风速资料、风机布置方案及1:
50000地形图，采用各机型当地空气密度为0.885kg/m3的功率曲线和推力系数曲线，利用WASP9.0软件进行发电量计算，得到风机的理论年发电量和风机尾流干扰后的年发电量。
（2）风电机组利用率
根据目前不同风电机组的制造水平和本风电场的实际条件，本次设计风机可利用率采用95%。
（3）风电机组功率曲线保证率
本次在计算发电量时采用当地空气密度0.885kg/m3下风电机组功率曲线。
本风电场为高原型风电场，本次功率曲线的保证率取94%。
（4）控制与湍流影响折减
当风向发生转变时，风机的叶片与机舱也逐渐随着转变，但实际运行中的发电机组控制总是落后于风的变化，因此在计算电量时要考虑此项折减。
本风电场湍流强度值小于0.12，湍流强度较小。
本风场此两项折减系数取4%。
（5）叶片污染折减
叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动特性下降。
考虑本风场风沙较大，叶片污染折减系数取1%。
（6）气候影响停机
因此根据本风场的气候特性，参考其他工程取气候影响停机折减系数取3%。
（7）场用电、线损及电网波动等能量损耗
初步估算场用电和输电线路、箱式变电站损耗和电网波动占总发电量的5%。
（8）其它因素影响
考虑风电场运行中遇到一些其它的影响因素，暂按2%考虑。
经过以上综合修正后，切吉风电场二期初选风力发电机的年上网电量及年利用小时数成果见表7.4。
表7.4初选机型发电量计算比较表
机型
项目
方案1
方案2
方案3
方案4
方案5
WT88-1500
GW87-1500
FD93E-1500
XE93-2000
W105-2000
单机容量（kW）
1500
1500
1500
2000
2000
本期工程机组台数（台）
33
33
33
24
24
轮毂高度（m）
70
70
69
80
80
本期工程总装机容量（MW）
49.5
49.5
49.5
48
48
理论发电量（万kW·h）
14249.8
14151.6
14070.8
12887.7
12909.1
上网电量（万kW·h）
9063.7
8978.5
8956.7
8237.0
8844.4
年等效满负荷利用小时数（h）
1831
1814
1809
1716
1843
容量系数
0.209
0.207
0.207
0.196
0.210
由表7.4可看出，推荐方案（上汽W105-2000kW）年上网电量为8844.4万kW·h，年等效满负荷小时数为1843h，容量系数为0.21。
推荐方案单机发电量计算表见表7.5。
项目
威布尔参数
平均风速
理论发电量
扣除尾流影响发电量
利用率折减
功率曲线折减
控制与湍流影响折减
气候影响折减
叶片污染折减
损耗及场用电折减
其它因
素影响
折减
年利用小时数
A
K
/
/
/
5%
6%
4%
3%
1%
5%
2%
/
单位
m/s
/
m/s
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
万kW.h
小时
1
7.2
1.6
6.59
536.3
508.5
483.1
452.6
432.3
417.0
411.9
386.5
376.3
1882
2
7.2
1.6
6.59
536.6
502.8
477.6
447.5
427.4
412.3
407.2
382.1
372.0
1860
3
7.2
1.6
6.59
537.4
499.2
474.3
444.3
424.3
409.4
404.4
379.4
369.4
1847
4
7.2
1.6
6.6
537.8
496.1
471.3
441.6
421.7
406.8
401.9
377.1
367.1
1836
5
7.2
1.6
6.59
536.3
492.1
467.5
438.0
418.3
403.6
398.6
374.0
364.2
1821
6
7.2
1.6
6.59
536.9
491.6
467.0
437.5
417.8
403.1
398.2
373.6
363.8
1819
7
7.2
1.6
6.56
532.7
488.2
463.8
434.5
415.0
400.3
395.5
371.0
361.3
1806
8
7.2
1.6
6.56
533.3
494.0
469.3
439.7
419.9
405.1
400.1
375.4
365.6
1828
9
7.2
1.6
6.59
535.9
509.4
483.9
453.4
433.0
417.7
412.6
387.1
376.9
1885
10
7.2
1.6
6.61
539.0
503.0
477.8
447.6
427.5
412.4
407.4
382.2
372.2
1861
11
7.2
1.6
6.61
539.0
496.2
471.4
441.7
421.8
406.9
402.0
377
升级会员 