文 | 周慧娟

三十六灣風電場建設中的風電機組選型研究

文 | 周慧娟

三十六灣風電場位于湖南省郴州市臨武縣北部，距臨武縣區(qū)直線距離約25km，場址區(qū)域以山地為主，海拔高度在900m－1550m之間，起伏較大，風電場所在區(qū)域屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，冬春季風速較大，風向以偏北風居多。三十六灣風電場程風速主要集中在2m/s－10m/s風速段，風能主要集中在11.0m/s－17.0m/s風速段，有效風速利用小時數(shù)達到了7736h，即全年的88.1%的時間可以發(fā)電。根據(jù)測風塔實測最大風速資料推算風電機組預裝輪轂高度80m處50年一遇最大風速為32.7m/s。由測風資料推算風電機組輪轂高度80m 在14m/s－16m/s風速段的湍流強度為0.091。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400－1（2005）標準判定該風電場屬IECIII類安全等級，在風電機組選型時需選擇IECIII類及以上安全等級的風電機組。本文通過分析比較單機容量、技術參數(shù)、投資估算等因素，旨在為三十六灣風電場中風電機組選型提供參考。

單機容量范圍選定

在對單機容量范圍進行選擇時，首先應確定一個適合于本項目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術成熟、市場業(yè)績良好、經(jīng)濟性較好并且國產(chǎn)化率較高的機型。根據(jù)目前國內(nèi)外風電機組市場的現(xiàn)狀以及國內(nèi)已建風電場的裝機情況，按照單機容量的大小可以將風電機組劃分為以下四個級別：

（一）600kW級機組。單機容量為600kW或750kW，葉片長度在19m－23m，機艙重量在19t－23t，適合安裝在地形較復雜的風電場，考慮到電網(wǎng)低電壓穿越功能的需要，目前該類型的風電場機組已慢慢退出，設計中一般不予考慮。

（二） 850kW級機組。單機容量在850kW－1MW之間，葉片長度在25m左右，機艙重量在27t左右。這類機組技術成熟，并有良好的運行業(yè)績，適合場地條件較差和運輸困難的中、小型風電場，在市場上仍有一定的空間和潛力，而且該級別的風電機組在我國已建、在建的風電場安裝數(shù)量較多。

（三） 兆瓦級機組。單機容量在1MW－2MW之間，葉片長度在34m－39m左右，機艙重量在40t－70t左右，主要代表機組有1.5MW和2MW型風電機組。該類機組在技術上比較成熟，適合于交通運輸方便的風電場，在國外風電市場所占份額較大，國內(nèi)目前在建的風電場大多采用該類機組。

（四） 多兆瓦級機組。這類風電機組的部件屬超長、超重件，運輸和吊裝難度很大，目前在發(fā)達國家有一定數(shù)量的安裝，主要安裝在海上風電場，尚未大規(guī)模投入商業(yè)運行。

根據(jù)三十六灣風電場經(jīng)濟開發(fā)場址范圍，考慮風電場的地形地質和交通條件，并結合當前國內(nèi)外風電機組技術、市場現(xiàn)狀和項目的經(jīng)濟性，三十六灣風電場單機容量選擇范圍確定在1.5MW－2MW之間較為合理。

機型方案

一、機組適應性選擇

三十六灣風電場高度80m的代表年平均風速為7.64m/s，平均風功率密度為505.7W/m2。再根據(jù)上文提到的風電場風速分布、最大風速和風能主要集中的風速段，確定該風電場應選擇IECIII類及以上安全等級的風電機組。

從充分利用風電場風能資源和風電機組安全的統(tǒng)一性考慮，并通過對國內(nèi)外風電機組生產(chǎn)廠家的調(diào)研以及根據(jù)本風電場的風能資源、地形和交通運輸條件、湍流強度以及各型風電機組的成熟性等特點，再結合生產(chǎn)廠家的供貨能力等因素，本階段擬定參與比選的代表性機型為WTG82－1500、WTG82－1650、WTG93－2000。

二、比選機型參數(shù)

各機型特征參數(shù)見表1，各機型標準空氣密度下功率曲線圖和標幺值圖分別見圖1和圖2。

表1　各比選機型主要參數(shù)比選表

圖1　各比選機型功率曲線圖（空氣密度為1.225kg/m3）

圖2　各比選機型功率曲線標幺值圖（空氣密度為1.225kg/m3）

機型選擇

一、各機型方案上網(wǎng)電量計算

根據(jù)風電場布置優(yōu)化結果，采用國內(nèi)外廣泛使用的WT軟件和WindFarmer軟件計算各方案的理論發(fā)電量、尾流影響和凈電量?？紤]空氣密度、控制和湍流、葉片污染、風電機組利用率、功率曲線保證率、氣候停機影響和廠用電及線損等折減修正，除尾流影響和不同機組利用率折減不同外，其它折減各方案均按相同折減系數(shù)計算。

各機型比較方案的項目年理論發(fā)電量均按各型風電機組生產(chǎn)廠家提供的標準狀態(tài)下（ρ=1.225kg/m3）的功率和推力曲線計算。在此基礎上，考慮影響風電機組電量效益的一系列折減因素后，計算得出各比較機型方案的上網(wǎng)電量。除尾流影響外，其它綜合折減系數(shù)均按30.17%計算。各比選機型上網(wǎng)電量計算成果見表2。

從表2可以看出，各機型方案中年上網(wǎng)電量以WTG82－1500機型方案最大，為10705萬千瓦時；WTG93－2000和WTG82－1650機型位列第二和第三。

表2　各比選機型上網(wǎng)電量計算成果表

表3　各比選機型工程投資估算成果表

二、各比選機型投資估算

根據(jù)前述各機型方案機組參數(shù)和總體布置，結合土建工程設計和施工布置，按2011年一季度價格水平，依據(jù)國家及湖南省、郴州市現(xiàn)行的有關規(guī)定、定額、費率標準等以及材料、設備等價格，估算各比選機型工程投資見表3。

表4　各機型比較技術經(jīng)濟成果表

機型推薦意見

各比選機型技術經(jīng)濟指標匯總見表4。

分析表4可得出：

在三個比較機型方案中，從項目發(fā)電效益來看，以WTG93－2000機型方案項目效益最大，WTG82－1500機型方案次之，WTG82－1650機型方案較差。

從工程投資來看，三個比選方案工程投資在48342萬元－52477萬元之間，其中以WTG93－2000機型方案投資最小，WTG82－1650機型方案次之，WTG82－1500機型方案投資最大。

從項目經(jīng)濟性來看，單位千瓦投資以WTG93－2000機型方案最小，為10071元/kW；WTG82－1650機型方案次之，為10465元/kW；WTGF82－1500機型方案相對較高，為10601元/kW。單位電度投資則以WTG93－2000機型方案相對最優(yōu)，為4.61元/kW·h；而WTG82－1650機型方案單位電度投資則明顯高于其他機型方案，為5.24元/kW·h?？梢姡谌齻€機型比選方案中，以WTG93－2000機型方案相對最優(yōu)。

結論

綜合分析，以WTG93－2000機型方案在經(jīng)濟性方面優(yōu)于其它比選機型，該機型技術較為成熟，可靠性相對較高，國產(chǎn)化率完全達到了70%以上。因此，本階段三十六灣風電場推薦采用24臺單機容量為2MW的WTG93－2000型風電機組為代表性機型。

（作者單位：長沙電力職業(yè)技術學院）