李 斌，侯英俊

(遼寧大唐國(guó)際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的技術(shù)支持及實(shí)際應(yīng)用

李 斌，侯英俊

(遼寧大唐國(guó)際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

通過一座典型96 MW低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，探討提高低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的可行性,制定針對(duì)性開發(fā)方案,優(yōu)化機(jī)組排列方式，提高經(jīng)濟(jì)效益,重視前期開發(fā)中主機(jī)選型及機(jī)組布置，提升風(fēng)資源較差風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，深化微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用。

低風(fēng)速；尾流；風(fēng)電場(chǎng)；微觀選址；影響因素；利用小時(shí)數(shù)

Abstract: Through the analysis of the actual operation data of a typical 96 MW low wind speed, it discusses low wind speed wind farm feasibility of improving power generation capacity.It develops targeted development plan and optimizes the arrangement of unit to improve economic efficiency.It pays attention to the early development of host selection and improves the wind resource poor of wind energy utilization in order to deepen the application of micro-location selection technology in low wind speed.

Keywords：low wind speed; wake; wind farm; micro-location selection; influencing factors; utilization hours

低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址技術(shù)主要通過建立風(fēng)場(chǎng)模型確定每臺(tái)風(fēng)機(jī)位置及風(fēng)場(chǎng)陣列的排布方式。在風(fēng)資源條件較差的地區(qū)，要求充分了解場(chǎng)區(qū)的地貌和風(fēng)況特征，選擇最為適合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行逐臺(tái)移位對(duì)比，通過部分采取增大葉輪和提高塔筒高度的物理方式，研究大葉片帶來的葉片柔性、葉尖高速等影響，保持風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)在低風(fēng)速狀態(tài)下[1-3]。本文重點(diǎn)調(diào)研實(shí)測(cè)投產(chǎn)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以實(shí)際產(chǎn)能數(shù)據(jù)為例，分析微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用中的價(jià)值和意義，制定針對(duì)性技術(shù)方案，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)注重風(fēng)機(jī)排布方式，盡量減少尾流等因素影響。

1 法庫某96 MW風(fēng)電場(chǎng)資源情況概述

某風(fēng)電場(chǎng)始建于2012年,容量96 MW,分2期項(xiàng)目建設(shè)，風(fēng)電場(chǎng)中心場(chǎng)址坐標(biāo)為東經(jīng)123°20′14″,北緯42°19′55″,場(chǎng)區(qū)面積約27.98 km2，海拔在102～178 m。風(fēng)電場(chǎng)代表年測(cè)風(fēng)塔70 m年平均風(fēng)速為6.10 m/s，風(fēng)功率密度為301 W/m2，推算至80 m輪轂高度處風(fēng)速為6.21 m/s，風(fēng)功率密度為329 W/m2,風(fēng)能主要集中在SSW和SW區(qū)間，占總風(fēng)能的48.5%。70 m高度50年一遇最大風(fēng)速取35.4 m/s，極大風(fēng)速取50.1 m/s。65 m高度Weibull特征參數(shù)：A=7.4，K=2.40，屬于2級(jí)風(fēng)電場(chǎng)。該項(xiàng)目1期采用80 m塔筒，93 m直徑葉片的某風(fēng)機(jī)廠家2 000 MW機(jī)型，綜合折減系數(shù)為31.9%，目前1期風(fēng)場(chǎng)已投產(chǎn)，年發(fā)電量約為12 228萬kWh，等效利用小時(shí)數(shù)約為2 548 h；2期采用85 m塔筒，104 m直徑葉片的某風(fēng)機(jī)廠家2 000 MW機(jī)型，綜合折減系數(shù)為32.4%，2期項(xiàng)目工程建設(shè)正在吊裝期。

2 低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)微觀選址技術(shù)方案應(yīng)用實(shí)例分析

在低風(fēng)速地區(qū)進(jìn)行的風(fēng)資源開發(fā)應(yīng)特別注重風(fēng)能資源的利用情況，而低風(fēng)速需要更大的截取面積，轉(zhuǎn)換設(shè)備功率的增大也會(huì)增加風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本，注重低風(fēng)速時(shí)段風(fēng)電場(chǎng)出力的變化和風(fēng)功率曲線與設(shè)計(jì)值的一致性。能否準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)和風(fēng)資源情況對(duì)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)意義重大，影響低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的主要因素主要有：風(fēng)能資源利用情況；風(fēng)機(jī)微觀機(jī)位是否能夠保證風(fēng)場(chǎng)處于低風(fēng)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)電狀態(tài)；風(fēng)電機(jī)組尾流影響；設(shè)備招標(biāo)機(jī)型；工程建設(shè)情況對(duì)于微觀選址機(jī)位的限制情況；前期測(cè)風(fēng)階段測(cè)風(fēng)塔對(duì)于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的代表性等。實(shí)際建設(shè)中風(fēng)電機(jī)組機(jī)位還應(yīng)考慮機(jī)組風(fēng)況、海拔、輪轂高度處的湍流強(qiáng)度、入流角、主風(fēng)向、周圍障礙物、地表粗糙度尾流影響等因素。該風(fēng)電場(chǎng)微觀選址風(fēng)機(jī)布置方案如圖1所示。

圖1 風(fēng)電場(chǎng)微觀選址風(fēng)機(jī)布置方案

以法庫某風(fēng)場(chǎng)實(shí)際建設(shè)為例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期充分考慮微觀選址對(duì)風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)能影響的重要性，對(duì)風(fēng)資源情況、機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)、主機(jī)選型、建設(shè)限制條件等情況了解透徹，綜合工程整體工程建設(shè)選用同塔雙回集電線路，大大降低工程費(fèi)用。風(fēng)電場(chǎng)單一從尾流相互影響的因素分析，風(fēng)機(jī)平均尾流削減系數(shù)4.23%，系數(shù)較小，微觀選址技術(shù)的深入應(yīng)用，對(duì)風(fēng)機(jī)布置的每一點(diǎn)位反復(fù)推敲，選定后可建設(shè)范圍內(nèi)不斷微調(diào)，保證所選機(jī)組位置使整個(gè)風(fēng)場(chǎng)發(fā)電效益最佳，避免個(gè)別風(fēng)機(jī)設(shè)置在兩山中間，造成山頂、山脊的優(yōu)良資源閑置。各機(jī)組發(fā)電情況見表1、表2。

表1 1期風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組發(fā)電情況

續(xù)表

表2 2期風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組發(fā)電情況

表3 1期風(fēng)電場(chǎng)歷年發(fā)電情況

參考風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)[4-5]、規(guī)程及項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)布置方案均依照整體風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力最高情況下的單臺(tái)風(fēng)機(jī)，針對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的點(diǎn)位選取定制化方案，確保年平均風(fēng)速6.21 m/s的風(fēng)電場(chǎng)1期投產(chǎn)后的年平均利用小時(shí)數(shù)為2 548 h，屬于法庫區(qū)域內(nèi)發(fā)電能力最高的風(fēng)電項(xiàng)目。若該項(xiàng)目2期投產(chǎn)，效益可觀，2期憑借1期投產(chǎn)的升壓站和同塔雙回線路，降低工程造價(jià)，同時(shí)該項(xiàng)目2期主機(jī)塔筒高度和葉輪直徑都得到進(jìn)一步拓展，根據(jù)該區(qū)域的風(fēng)資源情況，增大葉片可有效提高發(fā)電量。為保證長(zhǎng)期收益，不能只從本質(zhì)上改變個(gè)別海拔較低區(qū)域風(fēng)機(jī)產(chǎn)能低的狀態(tài)，未能達(dá)到新葉片重組后的功率曲線穩(wěn)定區(qū)間,實(shí)際設(shè)計(jì)中還應(yīng)采用低實(shí)度、高葉尖速比的設(shè)計(jì)方案，使用成熟翼型及主機(jī)型號(hào)還需配合風(fēng)機(jī)點(diǎn)位調(diào)整最優(yōu)方案，增大風(fēng)能轉(zhuǎn)換能力,更好地滿足低海拔區(qū)域風(fēng)機(jī)功率最佳發(fā)電區(qū)間，提升項(xiàng)目盈利空間。1期風(fēng)機(jī)歷年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)情況見表3。

通過投產(chǎn)風(fēng)機(jī)歷年發(fā)電情況對(duì)比，各風(fēng)機(jī)的累計(jì)發(fā)電量與微觀選址時(shí)測(cè)算整體趨勢(shì)相近，由于實(shí)際投產(chǎn)項(xiàng)目電量統(tǒng)計(jì)考慮到遼寧電網(wǎng)接納問題[6]，加之設(shè)備運(yùn)行中的故障維護(hù)、檢修等電量損失因素。同時(shí)進(jìn)行3個(gè)連續(xù)年同期數(shù)據(jù)比較分析，直驅(qū)機(jī)組在低風(fēng)速區(qū)域項(xiàng)目中的優(yōu)勢(shì)明顯，在法庫同等項(xiàng)目中年利用小時(shí)數(shù)排名前列，微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的應(yīng)用顯著提升了風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)能效益。

3 加強(qiáng)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的建議

微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的應(yīng)用可以有效降低工程造價(jià)，減小施工難度，有效提升整體收益。在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)工程開發(fā)過程中應(yīng)該注重輪轂高度、葉輪直徑、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、葉片材質(zhì)及主機(jī)類型等外在設(shè)備因素，更要注重微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速開發(fā)中的深入應(yīng)用，充分考慮風(fēng)電場(chǎng)自然環(huán)境、地理限制因素、風(fēng)機(jī)尾流擾動(dòng)、湍流強(qiáng)度、負(fù)切變及風(fēng)機(jī)排列布置方式等，采用適用于本區(qū)域風(fēng)資源特征的先進(jìn)技術(shù)成熟機(jī)型，調(diào)整發(fā)電能力低的風(fēng)機(jī)位置，確保全風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力最佳，實(shí)時(shí)收集最新風(fēng)資源數(shù)據(jù)，為后續(xù)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持，后續(xù)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)還應(yīng)充分考慮已建項(xiàng)目，避免投產(chǎn)項(xiàng)目發(fā)電能力降低。

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Technical Support and Practical Application for the Development of Low Wind Speed Wind Farm

LI Bin,HOU Yingjun

(Liaoning Datang International Renewable Power Limited Company,Shenyang,Liaoning 110001, China)

TM614

A

1004-7913(2017)07-0022-03

2017-04-24)

李 斌(1988)，男，學(xué)士，工程師，主要從事風(fēng)電場(chǎng)微觀選址及電力設(shè)計(jì)工作。