風(fēng)電場后評估及發(fā)電量提升

關(guān)鍵技術(shù)成果內(nèi)容風(fēng)電場后評估及發(fā)電量提升2015-03-15一、 前言。 經(jīng)過幾年的風(fēng)電項(xiàng)目的開發(fā)與發(fā)展，我國風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)十分巨大，風(fēng)電的迅猛發(fā)展無疑帶來了巨大的機(jī)遇，但同時也帶來了巨大挑戰(zhàn)，已建成風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益存在一定的問題。風(fēng)電場項(xiàng)目后評估是指對已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)、執(zhí)行過程、效益、作用和影響等進(jìn)行的系統(tǒng)、客觀的分析和評價(jià)。通過對項(xiàng)目活動實(shí)踐的檢查總結(jié)和分析評價(jià)，確定項(xiàng)目預(yù)期的目標(biāo)是否達(dá)到。項(xiàng)目的主要效益指標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到肯定成績、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、吸取教訓(xùn)、提出建議、改進(jìn)工作、不斷提高后續(xù)項(xiàng)目的決策水平和投資效果的目的。對于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)來說，全面而適時的風(fēng)電場項(xiàng)目的后評估將會為行業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)和警示作用。風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行環(huán)境千差萬別，溫度、地形、海拔存在差異；風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況也存在差異，包括風(fēng)速、空氣密度、湍流強(qiáng)度、風(fēng)向等；而同一風(fēng)電場的機(jī)組每臺機(jī)組間由于設(shè)計(jì)、制造、安裝等誤差也存在個體性能差異。目前，在運(yùn)風(fēng)場中同一機(jī)型基本采用相同的控制策略。如果能夠根據(jù)環(huán)境差異、運(yùn)行工況差異和機(jī)組個體性能差異來調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的控制策略，就可以充分挖掘每臺機(jī)組的發(fā)電潛力，一定會帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。本成果提出了一種通過后評估對風(fēng)電場運(yùn)行情況進(jìn)行評價(jià)，不僅將風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目后評估信息反饋到未來項(xiàng)目開發(fā)中去，而且通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)電量優(yōu)化等有效手段對運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)，提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率。二、 成果的主要用途和技術(shù)原理。一般來說，在項(xiàng)目周期中的每一個階段幾乎都需要評估。項(xiàng)目的評估體系包括前評估、跟蹤評估(中期評估)和后評估。由于后評估的時點(diǎn)、目的、功能不同于前評估和跟蹤評估，所以它具有不可替代的作用。對已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行必要的后評估，及時的發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，可以用于指導(dǎo)風(fēng)電場的前期建設(shè)及后期運(yùn)行管理。本成果通過對運(yùn)行期間的測風(fēng)數(shù)據(jù)、風(fēng)電場的地形地貌等一系列相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過風(fēng)資源評估軟件wasp，windpro對風(fēng)電場進(jìn)行建模計(jì)算，得出風(fēng)電場理論發(fā)電量，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮環(huán)境因素后對風(fēng)電場發(fā)電量進(jìn)行科學(xué)的折減。通過對已投產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況和預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行對照，考察項(xiàng)目投資決策過程的正確性和預(yù)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，發(fā)現(xiàn)問題并查明原因。本成果能夠根據(jù)環(huán)境差異、運(yùn)行工況差異和機(jī)組個體性能差異來調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的控制策略，例如：減小風(fēng)機(jī)的偏航誤差，提高風(fēng)機(jī)對風(fēng)精度；調(diào)整追蹤最優(yōu)功率模態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在不同運(yùn)行環(huán)境下的Cp值最大；校準(zhǔn)葉片的參考零位和工作角度隨工況實(shí)時調(diào)整，使葉片處于最優(yōu)的工作角度等等。優(yōu)化風(fēng)機(jī)控制參數(shù)可以在不增加大量硬件投入的情況下，充分挖掘每臺機(jī)組的發(fā)電潛力，提高發(fā)電效率。三、 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)。本成果在風(fēng)電場后評估、通過差異化控制提升發(fā)電量等關(guān)鍵技術(shù)方面取得創(chuàng)新，具體如下：1、 已運(yùn)行風(fēng)電場后評估。運(yùn)用風(fēng)資源評估軟件對已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行建模，并計(jì)算各個風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的發(fā)電量，計(jì)算發(fā)電量與實(shí)際運(yùn)行期間的發(fā)電量進(jìn)行對比，分析風(fēng)電場發(fā)電運(yùn)行期間的發(fā)電情況，并找出發(fā)電較差的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分析，技術(shù)改進(jìn)。2、 通過現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘分析與仿真計(jì)算，研究溫度、海拔、空氣密度等環(huán)境參數(shù)差異對風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的影響；研究風(fēng)機(jī)制造誤差、安裝誤差、設(shè)計(jì)誤差、部件變形磨損、葉片污垢結(jié)冰等個體差異因素對風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的影響；研究風(fēng)湍流、風(fēng)向、風(fēng)機(jī)尾流等風(fēng)資源特性差異對風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的影響。針對影響風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的諸多環(huán)境因素，優(yōu)化機(jī)組控制參數(shù)，如變槳角度、偏航角度、切入切出策略等。3、 優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組功率控制策略。針對不同風(fēng)速，控制系統(tǒng)給出合適的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，使葉片運(yùn)行在葉尖速比條件下，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片效率達(dá)到最優(yōu)值。同時經(jīng)過精確計(jì)算擴(kuò)大并設(shè)定最合理的發(fā)電運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍，使風(fēng)電機(jī)組在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以最優(yōu)葉尖速比狀態(tài)運(yùn)行工作。拓寬機(jī)組最佳風(fēng)能利用區(qū)間，提高風(fēng)能利用系數(shù)和發(fā)電量。四、 通過數(shù)據(jù)查新檢索，闡述本成果與同類先進(jìn)成果技術(shù)指標(biāo)比對分析情況。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量和上網(wǎng)電量的逐漸增多，土地資源匱乏和環(huán)境保護(hù)等問題日益嚴(yán)重，風(fēng)電的發(fā)電效率被推到更加重要的位置。但是，很多風(fēng)電場實(shí)際發(fā)電水平無法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期是我國風(fēng)電發(fā)展普遍存在的問題。在這種情況下，風(fēng)電場后評估顯得尤為重要，目前，國外做的較多，國內(nèi)這方面的工作也在陸續(xù)開展。努力降低風(fēng)力發(fā)電成本，是推動風(fēng)力發(fā)電的重要一環(huán)，在降低成本的諸多因素中從技術(shù)上提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量是重要的一個方面。例如增大葉輪直徑，從而增大受風(fēng)面積、增加塔筒高度來提高年平均風(fēng)速等，但是提高風(fēng)電機(jī)組的硬件水平無疑增加了設(shè)計(jì)難度與制造成本，而且對于陸上風(fēng)電場，日益大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)輸，安裝存在相當(dāng)?shù)睦щy。在不改變現(xiàn)有硬件的基礎(chǔ)上提高風(fēng)電場的發(fā)電能力成為企業(yè)共同追逐的目標(biāo)。以華能煙墩第四風(fēng)電場為例，根據(jù)所搭建的風(fēng)電場模型，可以計(jì)算出每臺風(fēng)電機(jī)組的理論發(fā)電量，通過估算發(fā)電量折減系數(shù)，得到計(jì)算的上網(wǎng)電量，并與實(shí)際發(fā)電結(jié)果比較，見表格如下：計(jì)算理論發(fā)電量折減系數(shù)計(jì)算上網(wǎng)電量實(shí)際上網(wǎng)電量17.12%在類似項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段，發(fā)電量綜合折減系數(shù)取值通常較大，通過本成果對于發(fā)電量折減系數(shù)的評估，可為將來風(fēng)電項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)提供參考。經(jīng)過對風(fēng)電機(jī)組的評估分析，機(jī)組存在問題如下：偏航誤差精度不高、葉片工作位置不是最優(yōu)、追蹤最優(yōu)功率模態(tài)參數(shù)在該運(yùn)行環(huán)境下不是最優(yōu)等，通過對風(fēng)機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，風(fēng)電機(jī)組功率曲線明顯提升，詳見下圖： 發(fā)電量：發(fā)電量是體現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組綜合性能的關(guān)鍵指標(biāo)，將優(yōu)化前后的功率曲線在該風(fēng)電場運(yùn)行期間風(fēng)況下的發(fā)電量進(jìn)行比對。分析如下：首先給出發(fā)電量計(jì)算公式：P(V) -功率曲線，即發(fā)電能力是風(fēng)速的函數(shù)f(v) -風(fēng)速weibull分布概率密度函數(shù)E-年發(fā)電量Y- 一年的小時數(shù)，取8760.其次定義風(fēng)電場參數(shù)如下：空氣密度：=1.1kg/m3；70m輪轂高度處平均風(fēng)速：6.1m/s；由此計(jì)算得出優(yōu)化前后風(fēng)電機(jī)組的單臺發(fā)電量如下:SL3000/113優(yōu)化前優(yōu)化后發(fā)電量增加百分比單臺年發(fā)電量（GWh）6.887.01.1.89%從上表可以看出，通過修改風(fēng)機(jī)的控制參數(shù)來提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量沒有增加硬件成本，發(fā)電量明顯提高。五、 經(jīng)濟(jì)及社會效益情況能源和環(huán)境是全球共同面臨的重大問題，加快開發(fā)利用可再生能源是解決人類能源和環(huán)境問題的必由之路。風(fēng)電是目前技術(shù)最成熟、最具市場競爭力、且極具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉窗l(fā)電技術(shù)。截止2013年底，全國累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)7716萬千瓦，對已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行必要的后評估，可以用于指導(dǎo)風(fēng)電場的前期建設(shè)及后期運(yùn)行管理，通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)的控制參數(shù)來提高發(fā)電能力，進(jìn)而最大化的提高發(fā)電企業(yè)的盈利水平。以華能煙墩風(fēng)電場為例，本成果通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)控制參數(shù)可以提高單機(jī)發(fā)電量1.89%。折合運(yùn)行期間年發(fā)電量11286萬元，考慮到全國現(xiàn)有大量已裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，本成果如果在全國范圍內(nèi)推薦，將實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。六、 專利情況發(fā)明專利：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動與載荷綜合評估系統(tǒng)及評估方法 專利號：3.4風(fēng)電機(jī)組振動檢測裝置及方法 專利號：6.4實(shí)用新型專利：抑制大型風(fēng)電機(jī)組振動的控制