風(fēng)電場后評(píng)估及發(fā)電量提升

1、關(guān)鍵技術(shù)成果內(nèi)容風(fēng)電場后評(píng)估及發(fā)電量提升2015-03-157一、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(shí)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(píng)估是指對(duì)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(píng)價(jià)。通過對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)實(shí)踐 的檢查總結(jié)和分析評(píng)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(duì)于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)來說

2、， 全面而適 時(shí)的風(fēng)電場項(xiàng)目的后評(píng)估將會(huì)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(tái)機(jī)組間由于設(shè)計(jì)、制造、安裝等誤差也存在個(gè)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(gè)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(tái)機(jī) 組的發(fā)電潛力，一定會(huì)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(píng)估對(duì)風(fēng)電場運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)， 不僅將風(fēng)力發(fā)電 項(xiàng)目后評(píng)估信息反饋到未來項(xiàng)目開發(fā)中去，

3、而且通過數(shù)據(jù)分析， 發(fā)電量優(yōu)化等有 效手段對(duì)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(gè)階段幾乎都需要評(píng)估。 項(xiàng)目的評(píng)估體系包 括前評(píng)估、跟蹤評(píng)估 （中期評(píng)估 ）和后評(píng)估。由于后評(píng)估的時(shí)點(diǎn)、目的、功能不同 于前評(píng)估和跟蹤評(píng)估， 所以它具有不可替代的作用。 對(duì)已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行必要的 后評(píng)估，及時(shí)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(duì)運(yùn)行期間的測(cè)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(píng)估軟件 wasp，windpro 對(duì)風(fēng)電場進(jìn)行建模計(jì)算，得出風(fēng) 電場理論發(fā)電

4、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(duì)風(fēng)電場發(fā) 電量進(jìn)行科學(xué)的折減。 通過對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(shí)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(tái)機(jī)組的發(fā)電潛力， 提高發(fā)電 效率。三、

5、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)。本成果在風(fēng)電場后評(píng)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(píng)估。運(yùn)用風(fēng)資源評(píng)估軟件對(duì)已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行建模， 并計(jì)算各個(gè)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(duì)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(duì)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(gè)體差異因素對(duì)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(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電 效率的影響。

6、 針對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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

7、。 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(píng)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(dòng)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(gè)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(duì)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

8、建的風(fēng)電場模型，可以計(jì)算出每臺(tái)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14722817.12%122072121901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(duì)于發(fā)電量折減系數(shù)的評(píng)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(duì)風(fēng)電機(jī)組的評(píng)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(duì) 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

9、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(duì)。分析如下：首先給出發(fā)電量計(jì)算公式:cutoutE Y P(V)f(V)dVcut inP(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(shí)數(shù)，取8760.其次定義風(fēng)電場參數(shù)如下：空氣密度：P =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(tái)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(tái)年發(fā)電量(GWh6.887.01.1.89%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

10、，發(fā)電量明顯提高。五、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)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(duì)已運(yùn)行風(fēng)電場進(jìn)行必 要的后評(píng)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(dòng)與載荷綜合評(píng)估系統(tǒng)及評(píng)估方法專利號(hào)：201110033463.4風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)裝置及方法專利號(hào)： 201010565456.4實(shí)用新型專利：抑制大型風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)的控制系統(tǒng)專利號(hào)： 20102028844