风电场选址及运行、维护

风电场选址及运行、维护2主要内容第一节风能资源评估第二节风电场风机选型和发电量估算第三节风电场微观、宏观选址第四节风资源评估常用软件介绍第五节地形、气候对风电场的影响第六节风力发电机组常见故障及维护3第一节风能资源的评估1.资料收集及分析从地方气象台收集气象、地理及地质数据资料。整理该地区10年以上（最好为30年）的风速、温度、气压平均值及极值，以及极端天气情况。2.风能资源普查分区以整理得到的气象数据为依据，按标准划分风能区域及其风功率密度等级，初步确定风能可利用区。4第一节风能资源的评估3.风电场宏观选址根据风能资源普查结果并结合现场踏勘，对初选的风能可利用区的地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评估比较，结合选择最合适的区域。5第一节风能资源的评估4.风电场风况观测气象站提供的气象数据只反映较大区域内的风气候。为满足微观选址对代表性风速和风向的需要，要在初选区域内树立不少于2座测风塔进行不短于1年的测风，内容包括风速、风向、温度、气压。测风仪应安装在测风塔的10m、30m、50m、70m高度甚至更高。6第一节风能资源的评估7第一节风能资源的评估5.风力发电机组微观选址在宏观选定的场址内，根据地形地质条件、外部因素和测风塔实测风能资源分析结果，对风电机组具体位置进行定位排布。8第一节风能资源的评估风能资源评估参数1.平均风速（年平均风速、极端风速）2.风廓线3.风功率密度4.风能密度5.主要风向6.年风能可利用时间7.湍流9第一节风能资源的评估1.平均风速依据该地区多年的气象站数据及测风塔一年的测风数据（每10分钟间隔的风速数据），计算得到年平均风速大于6m/s（合4级风）的地区才适合建设风电场。10第一节风能资源的评估极端风速极端风速—较长时间内给定取样时间下风速的最大值。风电行业表征极端风速的方式有最大风速和极大风速。最大风速：给定时段10min内的平均风速的最大值。极大风速：给定时段内的瞬时（一般取3s均值）风速的最大值。风电行业最关心的时间段为50a，即通常所说的50a一遇。50年一遇极端风速是基于历史统计数据得出的一个统计数值，这其中引入了概率的概念。50年一遇是指可能发生，并不一定发生，当然也并不是一定不发生。112.风廓线因为气体的粘性及地表的粗糙度的不同，风速沿高度方向是变化的，符合对数和指数分布规律。第一节风能资源的评估12第一节风能资源的评估3.风功率密度与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。它和空气密度和风速有关。风功率密度越高，该地区风能资源越好，风能利用率越高。134.风能密度在设定时间段与风向垂直的单位面积中所具有的能量。第一节风能资源的评估14第一节风能资源的评估5.主要风向分布风向及其变化范围决定风电机组在风场中的确切的排列方式。风电机组的排列方式很大程度地决定各台机组的出力。因此，主要盛行风向及其变化范围要准确。15第一节风能资源的评估6.年风能可利用时间指一年中风力发电机组在有效风速范围（一般取3-25m/s）内的运行时间。一般年风能可利用小时数大于2000h的地区为风能可利用区。167.湍流短时间（风资源评估一般取10分钟）内的风速流动。湍流产生的原因：1）当空气流动时，由于地形差异造成的与地表的摩擦；2）由于空气密度差异和气温变化的热效应导致空气气团的垂直运动。第一节风能资源的评估17第二节风电场风机选型和发电量估算1风力发电机组选型2不同机型发电量估算3不同机型综合经济比较4机型选择推荐意见5风电机组布置推荐方案181风力发电机组选型1.1风能资源分析通过对测风塔的数据进行分析，得出代表年50m～80m高度的年平均风速、风功率密度。根据《风电场风能资源测量方法》（GB-T18710-2002）可以判断风功率密度等级，一般来说，风功率密度达到3级以上，风电场才有开发价值。各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向稳定，才有利于风能资源的有效利用。根据风电场65～85m轮毂高度处50年一遇最大风速，风电场风机轮毂高度处15m/s风速区间的湍流强度，判定风电场工程可以选择的风力发电机组类别。191风力发电机组选型1.1风能资源分析风力机等级的基本参数Vref为10min平均参考风速，风力发电机组s级设计是在近海安装的特殊条件，其他为标准等级，设计寿命至少20年。201风力发电机组选型1.2机型范围初选国内外风电场工程的经验表明，在现有的技术条件下，对于一个已知场区的风电场，单机容量选择在某个确定的范围内，项目的经济性会相对较高。在进行单机容量选择时，首先应确定一个适合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好并且经济性较高的机型。05001000150020002500345678910111213141516171819202122232425风速m/s功率kWWTG1000WTG1500BWTG1500AWTG1500CWTG2000211风力发电机组选型1.2机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素一、风轮输出功率控制方式风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。变速变桨距机型比定速定桨距机型更具优越性，它不仅能在低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；也能在高风速时根据风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。221风力发电机组选型1.2机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素二、风电机组的运行方式风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风电机组的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳，从而最大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率。231风力发电机组选型1.2机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素三、发电机的类型发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永磁同步电机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常运行中在发出有功功率的同时，需要从电力系统吸收一定的无功功率才能正常运行(机端的电容补偿只能减少从电力系统吸收无功功率的数量)，双馈感应型风力发电机的功率因数(COSφ)可以在+0.95～-0.95之间变化，也就是说可以根据电网的需要发出或者吸收无功功率，改善当地电网的电压质量，提高电力系统的稳定水平。241风力发电机组选型1.2机型范围初选四、风力发电机组的传动方式风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式。目前，风力发电机大多采用齿轮传动，成本较低，但是降低了风电转换效率、产生噪音，是造成机械故障的主要原因，而且为了减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式有效地提高了系统的效率以及运行可靠性，但同时也提高了电机的设计成本。根据风电场址的地形、地质特点、风资源分布情况，以及风力发电机组技术成熟、先进、可靠等要求，选择多种适合的机型，按单一机型方案进行风力发电机组的优化布置。251风力发电机组选型1.3风电机组总体布置布置机位时需要考虑地形地貌、主导风向与主导风能方向、地面障碍物等影响因素。具体布置时因地制宜，根据风电场地形条件、建设规模、风力发电机组的型号及装机的台数进行优化布置，实现在有限的场区范围内达到最大的上网发电量和最低成本的目标。在软件优化的基础上手工调整风机位置，调整风机与防护林、村庄、线缆等地物之间的距离，考虑风机的相对集中布置，同时将尾流效应控制在合理范围内，以充分利用土地资源与风资源，减少集电线路长度，方便运输安装。261风力发电机组选型1.4轮毂高度优化计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，随着轮毂高度增加，发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，塔筒与基础加固引起的基本投资增加。结合各风机厂家现在的生产情况、技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对不同机型不同轮毂高度的发电量与经济性进行综合比较，推荐比选的几种机型的轮毂安装高度。272不同机型发电量估算2.1年理论发电量及单机尾流的计算根据各机型单一机组的布置方案，利用软件，计算各种风机的年净发电量（尾流折减后），并计算风力发电机组的尾流损失。282不同机型发电量估算2.2空气密度修正系数由于风功率密度与空气密度成正比，在相同的风速条件下，空气密度不同则风电机组出力不一样，风电场年上网电量估算应进行空气密度修正。因此需要对软件在标准空气密度条件下计算得到的发电量进行修正。原理上可根据风功率密度与空气密度成正比的特点，将标准空气密度对应下的功率曲线估算的结果乘以空气密度修正系数进行空气密度修正。当实测空气密度偏离标准空气密度较大时，按正比关系进行修正的误差较大。根据风电场具体风资源情况，结合各机型的功率曲线，计算不同机型在对应轮毂高度处能达到额定功率前的理论发电量所占比例，仅对风机满发前的发电量按照空气密度正比关系修正进行折减。292不同机型发电量估算2.3控制和湍流折减风电机组随风速风向的变化不断调整机组的运行状态，实际运行中机组控制总是落后于风的变化，使风机的输出功率减小。根据风电场湍流强度值大小情况，对控制和湍流折减系数取值，控制和湍流系数一般取97%左右。302不同机型发电量估算2.4叶片污染折减叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动性能下降。根据风电场风沙、降雨量大小、夏季昆虫多少、冬季叶片结冰等情况，判断可能造成的叶片污染程度，对叶片污染折减系数取值，一般污染系数取97%左右。312不同机型发电量估算2.5风电机组利用率风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益的高低；风力机本身性能的好坏，也要通过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减少故障发生机率，提高风机运行效率。风机维护可分为定期检修和日常排故维护两种方式。考虑风力发电机组故障、检修对发电效率的影响，将常规检修安排在小风月，根据目前风力发电机组的制造水平和已建风电场的运行经验，一般风电场风力发电机组的可利用率为95%。322不同机型发电量估算2.6功率曲线折减考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为95%，在计算发电量时应予以考虑，因此取风电机组功率曲线保证率95%。2.7场用电、线损等能量损耗根据风电场地形复杂程度，地势起伏情况，集电线路能量损耗大小。估算场用电和输电线路、机组变电站损耗占总发电量的百分比，一般能量损耗系数为95%左右。332不同机型发电量估算2.8气候影响停机根据风电场区域冬季低温气温天数、风力发电机组适应的温度范围等情况，当风场的气温超出它的适应范围，风机将不再发电。低温环境下，风机的运行效率有所下降，且风机停机再启动需要温度回升区间。另外当气温下降到-10℃时风机的润滑系统也将会受到影响，0℃以下叶片表面结冰也会影响风机翼型的气动性能，使发电量降低。一般北方寒冷地区风电场低温气候影响折减按95%左右考虑。342不同机型发电量估算2.9总折减系数根据上述各项折减系数，计算出不同机型对应的总折减系数。352不同机型发电量估算2.10年上网电量测算根据风电场各种机型风机年理论发电量扣除上述发电量损失，即得出年上网发电量，从发电量指标角度，对各种机型进行比较。363不同机型综合经济比较评价一种机型的优劣，不能仅从发电量和等效利用小时来考虑，应综合经济指标来评价。除发电量外，风电机组的价格、塔架、底座、箱变、电缆、公路以及变电站等也都是影响机型方案选择的重要因素。对风电机组进行综合指标比较，以最终确定风电场机组选型。374机型选择推荐意见确定风电项目机型最终推荐意见，主要考虑三个因素：一是所推荐机型方案的发电量指标优越；二是该方案投资经济指标合