風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算(切吉二期)

1、7 風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算青海切吉風(fēng)電場二期49.5MW工程預(yù)可行性研究報告7 風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算 7.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型在風(fēng)電場的建設(shè)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選擇受到風(fēng)電場自然環(huán)境、交通運(yùn)輸、吊裝等條件制約。在技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、滿足國產(chǎn)化的前提下，應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)況特征和風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)，計(jì)算風(fēng)電場的年發(fā)電量，選擇綜合指標(biāo)最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。7.1.1 建設(shè)條件切吉風(fēng)電場二期工程場址海拔高度在3150m3260m之間，屬高海拔地區(qū)，空氣稀薄，多年平均空氣密度為0.885kg/m3，應(yīng)選擇適合高海拔地區(qū)的風(fēng)機(jī)；該風(fēng)電場場址地處柴達(dá)木盆地東北邊緣，地貌類型以山前傾斜平原

2、的戈壁灘為主，地形平坦，地勢開闊，便于風(fēng)機(jī)安裝；場址北距青藏公路（109國道）3.2km，交通便利，施工條件較好，可通過簡易道路運(yùn)輸大型設(shè)備。根據(jù)0622#測風(fēng)塔 2006.11.12008.10.31 測風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到風(fēng)電場場址80m高度風(fēng)功率密度分布如圖7.1所示。圖中用顏色深淺表示風(fēng)能指標(biāo)高低，顏色越深風(fēng)能指標(biāo)越好，顏色越淺風(fēng)能指標(biāo)越差。由圖7.1可見，該風(fēng)電場場址地勢開闊，地形平坦，風(fēng)能指標(biāo)基本一致。根據(jù)0622#測風(fēng)塔風(fēng)能資源計(jì)算結(jié)果，本風(fēng)電場主風(fēng)向和主風(fēng)能方向基本一致，以西西北（WNW）和西（W）風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)能最大和頻次最高。80m高度風(fēng)速頻率主要集中在1.0 m/s9.0m/s

3、,無破壞性風(fēng)速，全年均可發(fā)電。80m高度年平均風(fēng)速為6.54m/s，年平均風(fēng)功率密度為309.0W/m2，年有效風(fēng)速（3.0m/s20.0m/s）利用時數(shù)分別為6900h。用WASP9.0程序進(jìn)行曲線擬合計(jì)算，得到0622#測風(fēng)塔80m高度年平均風(fēng)速為6.65m/s,平均風(fēng)功率密度為319W/m2；50m高度年平均風(fēng)速為6.31m/s,平均風(fēng)功率密度為275W/m2；30m高度年平均風(fēng)速為6.03m/s,平均風(fēng)功率密度為236W/m2；10m高度年平均風(fēng)速為5.27m/s,平均風(fēng)功率密度為165W/m2。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法判定該風(fēng)電場風(fēng)功率密度等級接近3級。由茶卡氣象站30年資料推算推

4、算至風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂69m、70m、80m高度50年一遇最大風(fēng)速分別為32.81m/s、32.86m/s、33.3m/s（切變指數(shù)取0.10），均小于37.5m/s。50m 70m高度湍流強(qiáng)度值小于0.12，湍流強(qiáng)度較小。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400-1(2005)標(biāo)準(zhǔn)判定該風(fēng)電場可選用適合IECIIIc級及其以上安全標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)機(jī)。 圖7.1 切吉風(fēng)電場二期80m高度風(fēng)功率密度分布圖7.1.2 機(jī)型選擇根據(jù)本風(fēng)電場建設(shè)條件，該風(fēng)電場場址海拔高度在3150m3260m之間，屬高海拔地區(qū)，空氣稀薄，存在電機(jī)絕緣和散熱等問題。經(jīng)調(diào)研國內(nèi)適合高海拔地區(qū)的風(fēng)機(jī)制造廠家，本次初選南車時代WT88-150

5、0kW、金風(fēng)科技GW87-1500kW、東汽FD93E-1500kW、湖南湘電XE93-2000kW和上汽W105-2000kW風(fēng)機(jī)進(jìn)行了比較。機(jī)型特征參數(shù)如下：葉 片 數(shù)： 3片額定功率： 1500kW、2000kW風(fēng)輪直徑： 87105m切入風(fēng)速： 33.5m/s切出風(fēng)速： 20m/s25m/s額定風(fēng)速： 11.513m/s安全風(fēng)速： 52.5m/s輪轂高度： 6980m根據(jù)切吉風(fēng)電場風(fēng)能資源特點(diǎn)，按照東西間距9D（D為葉片直徑）、南北間距5D的原則進(jìn)行布置，按風(fēng)機(jī)廠提供的當(dāng)?shù)乜諝饷芏?.885kg/m3狀況下功率曲線，采用WASP9.0軟件分別計(jì)算各風(fēng)電機(jī)組理論發(fā)電量和尾流影響后的發(fā)電量

6、，并按綜合折減系數(shù)26%計(jì)算年上網(wǎng)電量，參照各風(fēng)電機(jī)組的報價情況，對初選的5種機(jī)型分別進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果見表7.1。表7.1 初選機(jī)型經(jīng)濟(jì)比較表序號項(xiàng) 目單位方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE93-2000W105-20001單機(jī)容量kW150015001500200020002臺數(shù)臺33333324243輪轂高度m70706980804葉片直徑m888793931055總裝機(jī)容量MW49.549.549.548486理論發(fā)電量萬kW·h14249.814151.614070.812887.712909.17年上網(wǎng)電量萬k

7、W·h9063.78978.58956.78237.08844.48年等效滿負(fù)荷小時數(shù)h183118141809171618439工程靜態(tài)投資萬元39231.8140102.0540135.1238155.5738317.5110工程動態(tài)投資萬元40189.2441080.7241114.6039086.7339252.6211主機(jī)綜合(含運(yùn)費(fèi))元/kW4730480048004750469012單位千瓦投資（靜態(tài)）元/kW7925.628101.428108.107949.087982.8113單位千瓦投資（動態(tài)）元/kW8119.048299.148305.988143.0781

8、77.6314單位電度靜態(tài)投資元/kW·h4.3294.4664.4824.6324.33115排序13452從表7.1可知，不同機(jī)型發(fā)電量差別相對較大，風(fēng)電場年等效滿負(fù)荷小時數(shù)從1716h到1843h不等。從表7.1中可知，方案5（W105-2000kW）單位電度靜態(tài)投資較低，且市場占有率較高，因此本次設(shè)計(jì)以方案5（W105-2000kW）為推薦方案，即以24臺上汽W105-2000kW機(jī)型為設(shè)計(jì)依據(jù)。7.1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)比較推薦方案主要技術(shù)參數(shù)見表7.2，各比選風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率參數(shù)、推力系數(shù)參數(shù)見表7.3，各比選風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線、推力系數(shù)曲線見圖7.2圖7.3。表7

9、.2 推薦方案風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表上汽項(xiàng)目 機(jī)型W105/20001. 轉(zhuǎn) 輪直 徑(m)105掃風(fēng)面積(m2)8655風(fēng)輪轉(zhuǎn)速(r.p.m)對風(fēng)方向上風(fēng)向葉 片 數(shù)3功率調(diào)節(jié)方式變槳距切入風(fēng)速(m/s)3切出風(fēng)速(m/s)20額定風(fēng)速(m/s)10極限風(fēng)速(m/s)52.52. 發(fā)電機(jī)類 型雙饋異步發(fā)電機(jī)額定功率(kW)2081輸出電壓(V)690轉(zhuǎn)速范圍9831983額定轉(zhuǎn)速(r.p.m)1812功率因素0.95（感性）0.95（容性）防護(hù)等級IP54絕緣等級F7-10表7.3 比選風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線及推力系數(shù)曲線表（密度0.885kg/m3）WT88-1500kWGW87-1500kWF

10、D93E-1500kWXE93-2000kWW105-2000kW風(fēng)速m/s功率kW推力系數(shù)風(fēng)速m/s功率kW推力系數(shù)風(fēng)速m/s功率kW推力系數(shù)風(fēng)速m/s功率kW推力系數(shù)風(fēng)速m/s功率kW推力系數(shù)3.5370.99033191.05563300325.14290.88490239.70.9664670.90384720.838543.5170.92493.546.57650.8085413.530.90.9174.51050.833651480.805454460.848485.25220.738037484.50.87651490.77262620.805424.5840.77744.512

11、5.0820.7321754.5134.70.8155.52010.76374210.8053851270.74195170.7580.7324445193.30.77762640.763686330.805395.51810.74755.5227.5040.7324815.5264.20.7776.53390.764298980.7629762450.75056300.5150.732476351.30.77774260.76461011760.684776.53220.75346.5382.4270.732626.5453.20.7777.55260.76511114570.6132374

12、140.7567476.3050.7325347573.40.77786350.76351215000.428727.55200.75787.5585.2940.7325887.5711.60.7778.57540.73771315000.3227886440.75898710.1060.7323998876.30.77798830.70331415000.252738.57790.74748.5852.320.7325678.51054.10.7779.510150.67061515000.2032399200.7133910130.732614912490.7471011510.63871

13、615000.166819.510710.68189.51176.510.7325949.51450.40.71310.512880.6071715000.139021012200.6465101367.270.7326011016450.681114230.57521815000.1174510.513590.608410.51571.760.73261910.517850.64711.515440.54251915000.100411114830.5695111779.160.710361118740.591215440.44372015000.0867811.515000.48111.5

14、1939.030.68575411.519350.47912.515440.38182115000.075651215000.4066122004.940.6005391219710.4091315440.33312215000.0665112.515000.351212.520100.49839812.519900.35513.515440.29321315000.30681320100.4288331320000.311415440.260313.515000.27091420100.33037213.520000.27614.515440.23271415000.2411520100.2

15、636021420000.2451515440.209314.515000.21581620100.21489714.520000.21815.51544019431720100.1783751520000.1961615440.171615.51500015027815.520000.17916.51544015971920100.1281391620000.1631715440.14316.51500011047416.520000.14917.51544013

16、332120100.0961361720000.1351815440.120817.515000.12252220100.08436117.520000.12518.515440.11151815000.11292320100.074571820000.1161915440.103218.515000.10442420100.06636118.520000.10719.515440.09581915000.09682520100.0594141920000.0992015440.089219.515000.089919.520000.09320.515440.08312015000.08382

17、020000.0862115440.077620.515000.078321.515440.07272115000.07322215440.068221.515000.068722.515440.06412215000.06452315440.060422.515000.060723.515440.05692315000.05722415440.053823.515000.05424.515440.05082415000.05112515440.048224.515000.04842515440.03682515000.0459圖7.2 初選風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線（密度0.885kg/m3）圖7.

18、3 初選風(fēng)力發(fā)電機(jī)推力系數(shù)曲線（密度0.885kg/m3）7.2 風(fēng)電場總體布置7.2.1 風(fēng)電機(jī)組布置原則(1) 根據(jù)本風(fēng)場風(fēng)向和風(fēng)能特點(diǎn)，使每臺風(fēng)機(jī)垂直于主風(fēng)能方向布置，以便使風(fēng)能利用率達(dá)到最大；(2) 充分利用風(fēng)電場的土地和地形，經(jīng)多方案詳細(xì)比較，恰當(dāng)選擇機(jī)組之間的行距和列距，使風(fēng)機(jī)間距滿足發(fā)電量較大，尾流影響較小；(3) 充分考慮風(fēng)電場的送變電方案、運(yùn)輸和安裝條件，力求使架空線路長度最短，修建道路投資最少，同時要滿足運(yùn)輸和安裝方便條件；(4) 不宜過分分散，以便于管理，節(jié)省土地，充分利用風(fēng)力資源。7.2.2 風(fēng)電機(jī)組布置 風(fēng)電場場址為戈壁荒灘，地勢平坦，主風(fēng)向和最大風(fēng)能密度的方向基本一

19、致，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，所以風(fēng)機(jī)排列方式采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群排列方向與盛行風(fēng)向垂直，前后兩排錯位，后排風(fēng)機(jī)位于前排2臺風(fēng)機(jī)之間，呈梅花型布置。根據(jù)切吉風(fēng)電場一期工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本風(fēng)電場常年風(fēng)向和主風(fēng)能方向?yàn)槲鳎╓）風(fēng)。切吉二期風(fēng)電場采用垂直于西風(fēng)、5D（南北間距）×9D（東西間距）布置方案。具體機(jī)位可根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)一步優(yōu)化。推薦方案上汽W105-2000機(jī)型葉片長度為105m，風(fēng)機(jī)南北間距525m，東西間距945m。7.3 風(fēng)電場年上網(wǎng)電量估算 (1)理論年發(fā)電量計(jì)算根據(jù)0622#測風(fēng)塔完整兩年風(fēng)速資料、風(fēng)機(jī)布置方案及1:50000地形圖，采用各機(jī)型當(dāng)?shù)乜諝饷芏葹?.885kg/m3的功率曲線

20、和推力系數(shù)曲線，利用WASP9.0軟件進(jìn)行發(fā)電量計(jì)算，得到風(fēng)機(jī)的理論年發(fā)電量和風(fēng)機(jī)尾流干擾后的年發(fā)電量。（2）風(fēng)電機(jī)組利用率根據(jù)目前不同風(fēng)電機(jī)組的制造水平和本風(fēng)電場的實(shí)際條件，本次設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)可利用率采用95%。（3）風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率本次在計(jì)算發(fā)電量時采用當(dāng)?shù)乜諝饷芏?.885kg/m3下風(fēng)電機(jī)組功率曲線。本風(fēng)電場為高原型風(fēng)電場，本次功率曲線的保證率取94%。（4）控制與湍流影響折減當(dāng)風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變時，風(fēng)機(jī)的葉片與機(jī)艙也逐漸隨著轉(zhuǎn)變，但實(shí)際運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，因此在計(jì)算電量時要考慮此項(xiàng)折減。本風(fēng)電場湍流強(qiáng)度值小于0.12，湍流強(qiáng)度較小。本風(fēng)場此兩項(xiàng)折減系數(shù)取4%。（5）葉片

21、污染折減葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動特性下降?？紤]本風(fēng)場風(fēng)沙較大，葉片污染折減系數(shù)取1%。（6）氣候影響停機(jī)因此根據(jù)本風(fēng)場的氣候特性，參考其他工程取氣候影響停機(jī)折減系數(shù)取3%。（7） 場用電、線損及電網(wǎng)波動等能量損耗初步估算場用電和輸電線路、箱式變電站損耗和電網(wǎng)波動占總發(fā)電量的5%。（8） 其它因素影響考慮風(fēng)電場運(yùn)行中遇到一些其它的影響因素，暫按2%考慮。經(jīng)過以上綜合修正后，切吉風(fēng)電場二期初選風(fēng)力發(fā)電機(jī)的年上網(wǎng)電量及年利用小時數(shù)成果見表7.4。表7.4 初選機(jī)型發(fā)電量計(jì)算比較表機(jī) 型項(xiàng) 目方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE

22、93-2000W105-2000單機(jī)容量（kW）15001500150020002000本期工程機(jī)組臺數(shù)（臺）3333332424輪轂高度（m）7070698080本期工程總裝機(jī)容量（MW）49.549.549.54848理論發(fā)電量（萬kW·h）14249.814151.6 14070.8 12887.7 12909.1上網(wǎng)電量（萬kW·h）9063.78978.58956.78237.08844.4年等效滿負(fù)荷利用小時數(shù)（h）18311814180917161843容量系數(shù)0.2090.2070.2070.1960.210由表7.4可看出，推薦方案（上汽W105-2000

23、kW）年上網(wǎng)電量為8844.4萬kW·h，年等效滿負(fù)荷小時數(shù)為1843h，容量系數(shù)為0.21。推薦方案單機(jī)發(fā)電量計(jì)算表見表7.5。項(xiàng)目威布爾參數(shù)平均風(fēng)速理論發(fā)電量扣除尾流影響發(fā)電量利用率折減功率曲線折減控制與湍流影響折減氣候影響折減葉片污染折減損耗及場用電折減其它因素影響折減年利用小時數(shù)AK/5%6%4%3%1%5%2%/單位m/s/m/s萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h萬kW.h小時17.21.66.59536.3508.5483.1452.6432.3417.0411.9386.5376.3188227.21.66.59536.65

24、02.8477.6447.5427.4412.3407.2382.1372.0186037.21.66.59537.4499.2474.3444.3424.3409.4404.4379.4369.4184747.21.66.6537.8496.1471.3441.6421.7406.8401.9377.1367.1183657.21.66.59536.3492.1467.5438.0418.3403.6398.6374.0364.2182167.21.66.59536.9491.6467.0437.5417.8403.1398.2373.6363.8181977.21.66.56532.748

25、8.2463.8434.5415.0400.3395.5371.0361.3180687.21.66.56533.3494.0469.3439.7419.9405.1400.1375.4365.6182897.21.66.59535.9509.4483.9453.4433.0417.7412.6387.1376.91885107.21.66.61539.0503.0477.8447.6427.5412.4407.4382.2372.21861117.21.66.61539.0496.2471.4441.7421.8406.9402.0377.1367.21836127.31.66.6537.7490.6466.0436.6417.0402.3397.3372.8363.01815137.31.66.6537.9489.0464.5435.2415.6401.0396.1371.6361.81809147.31.66.62541.0491.4466.8437.3417.7402.9398.0373.5363.61818157.21.66.64542.8494.4469.7440.0420.2405.4400.4375.7365.818