南海岛礁电力供应龙向能源垂直轴风力发电机解决方案

龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案龙向能源技术部2016年7月12日龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案1“为人类提供廉价的清洁能源PROVIDELOW-COSTCLEANPOWERFORPEOPLE”一、南海区域风能资源南海地理位置优越、自然资源丰富，合理开发管理南海可宣示国家主权。风能是一种清洁可再生能源，对其开发利用可为南海建设提供无污染的能源供给。研究基于2006-2009年1096幅QuikSCAT风场数据计算海面10m高度风功率密度，对南海风力发电进行评价。结果表明：①南海海面风功率密度等级为4-7级，能很好的应用于风力发电；②南海海面风功率密度在季节上呈“逐渐递增”趋势，春、夏季风功率密度较小，秋、冬季风功率密度较大；③各岛礁风电装机容量中，西沙群岛综合而言最高，东沙群岛、中沙群岛均为第三级别，南沙群岛大多为一、二级别；④东沙群岛的东沙岛、中沙群岛的黄岩岛、西沙群岛的华光礁、浪花礁、赵述岛以及南沙群岛的南海礁、日积礁、南华礁风电装机容量较高，可优先进行风力发电建设。南沙群岛具有丰富的风能资源，有效利用风力发电转化为清洁能源，符合国家政策发展要求，可为南沙群岛航道运输、渔民捕捞、岛礁驻守、油气开发、岛民居住、旅游建设等提供电力能源供给，前景十分广阔。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案二、垂直轴风力发电机介绍2.1风机选型配置依据依据安装地域的气候条件及安装载体的特性要求，经过龙向能源技术部的精确计算以及实际操作的经验积累，综合各方面的要素选择配置4台龙向能源LP-60kW-500kw框架式超低速永磁直驱同步垂直轴风力发电机组。2.2垂直轴风力发电机特性垂直轴风力发电机具有噪音低、无需对风、发电量高、度电成本低、免运维，可以在恶劣环境下生存（台湾基地机组经受住了麦德姆、威尔逊、苏迪罗等台风的考验）等优点，主要性能如下：1、发电效率高，叶片独特的设计结构无需对风，任何方向的风都可以驱动叶片，减少对风损失。2、启动风速低，独特的叶片设计可以做到风速2米/秒启动，启动叶片转动就发电，气流扰动对该风机不但没有任何影响还可以提高发电量。3、无需电网支撑，该机组只需要风吹动叶片就可以发电，无需电网启动，也没有耗电设备。4、机组结构简单，由发电机、旋转轴、塔架、叶片四部分构成，故障率几乎为零。5、安装简单方便，采用叠加安装方式，电机在地面，无需专用吊装设备。6、基本免运维，机组五年免维护，根据当地环境每1-2年适当的查看防腐情况。7、无噪音，该机组为超低速风力发电机，每分钟在3-8转的额定范围内，所以没有任何声音，不会对人和动物产生影响。8、使用寿命长，机组设计寿命为35年。9、机组超低的转速，以及独创的抗15级台风系统，耐腐蚀性强且稳定可靠，全年365*24小时不间断发电（只要有风）。10、独特的整体设计和结构，只有发电机没有其他电器系统，解决了低温、高湿多雨、冰雹和雷电的复杂环境对电器部件的损害。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案2.3垂直轴风力发电机抗台风性能垂直轴机组叶片类型属于低转速大扭矩，特点为最大接受风能面积做功发电，当超过额定转速后，叶片会形成阻力，不管风速有多大，都保持在额定的转速。我们在台湾基地的机组经受了威尔逊、麦德姆、苏迪罗等台风考验，在15级台风中，机组仍然可以正常运行发电，证明机组抗台风性能优良。3.3垂直轴风力发电机寿命龙向能源专业执着、精益求精，恪守世界最顶尖工业品质标准，所有机组部件材料采用最顶尖材料，轴承为SKF，机组使用寿命35年。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案四、风电电气方案4.1风机位置通过确认，预留位置安装四台单机容量LP-60kW的风机，风机位置示意图（见设计平台图纸）。4.2接入电力系统的方式本项目位于岛礁，本工程中共设计额定功率为60kW的垂直轴风机4台，将4台风机相互“T”接之后，将400V交流电经一路电缆直接并入岛礁运行电网能源中心400V低压母线，实现柴油风电互补的功能。并网运行方案：离网运行解决方案备选：4.3电气主接线本项目中风机通过1回400kV线路接入能源中心400V母线。电气主接线示意图如下：60kw*4风力发电机组垂直轴风力发电机离网控制柜蓄电池储能组单元风力发电机离网逆变器独立电网及负载电器龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案风机电气主接线示意图4.4风电场集电线路方案本项目中设计风机容量240kW，装设4台60kW垂直轴风力发电机组。每台风力发电机组低压侧额定电压均为0.4kV。风力发电机组间通过电缆连接，风机额定功率为60kW，则400V侧输出的额定电流为86.61A（额定时），4台风力发电机组之间相互“T”用电缆拟选用YJY23-0.6/1kV3x50+1x25规格的电缆，4台风机相互“T”接之后，最终通过1#、2#、3#、4#风机接入能源管理中心，接入电缆拟选用YJY23-0.6/1kV3x70+1x35规格的电缆。4.5机组设备清单包含永磁直驱同步超低速发电机、支撑塔架，旋转轴、旋转支臂及阻力型叶片、塔架连接件、旋转轴连接件，专用控制柜、并网型逆变器及附属配件。4.6主要电气设备选择导体及设备选择依据短路电流计算结果、《导体和电器选择设计技术规定》DL/T5222-2005进行，并确定以下条件：1柜内及电缆沟(隧)道内最高环境温度，按40℃考虑。2噪音：电器的连续性噪音水平不应大于85dB，非连续性噪音水平不大于90dB。(测试位置距设备外沿垂直面的水平距离为2m，离地高度1~1.5m处)。3电器及金具在1.1倍最高工作电压下，晴天夜晚不出现可见电晕。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案拟选用接入断路器的参数如下：（１）额定壳架电流为500A；（２）额定电压为三相AC400V；（３）极数：3P+N（a、b、c三相有断开点，N线不断）；（４）极限分段能力为125kA；断路器应具备的功能：（１）具备可指示断路器分合闸状态的辅助触点；（２）具备分励线圈；（３）具备失压线圈；（４）具备由以下原因引起的脱口指示：过载、短路、接地、漏电、分励线圈、失压线圈引起的脱口；（５）具备通信接口，可将断路器的状态信息接至监控后台，断路器距离监控后台的距离为50~650m.4.7过电压保护及接地由于风力发电机组其控制柜配置有过压保护及避雷装置。本工程中风力发电机组工作接地、保护接地和过电压保护接地使用一个总的接地装置，接地装置的接地电阻值需满足选定风电机组对接地阻值的要求，赞按Rjd≤4Ω设计。4.8电缆敷设及防火本工程中集电线路电缆在岛礁铺设，按照国家最新标准执行，为有效阻止电缆火灾延燃，全线0.4kV电力电缆、控制电缆选用阻燃低烟无卤式电缆。电缆穿管敷设完毕后应将保护管的两头封堵。4.9机组抗腐蚀介绍首先全部钢铁件第一层我们采用热镀锌，其次第二层由岛礁单位统一喷涂甲板专用防腐涂层，做到防腐周期一致。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案五、风电电气二次5.1风电机组控制为便于风机的运行管理，提高自动化水平，风电机组提供远程数据接口。5.2风电机组保护风力发电机设有过载、短路、缺相、三相不平衡、过压等保护。5.3电能量计量系统按照电能计量装置技术管理规程的要求：I、II类计量装置配置专用电压0.2级、电流0.2S级互感器或专用二次绕组。电压、电流互感器计量绕组的实际二次负荷应在0——100%额定二次负荷范围内，其误差也应在0—100%额定二次负荷范围内满足铭牌标称的精度要求。数据通信接口的电能表，其通信规约符合DL/T645的要求。电能表装设电压失压计时器。本工程中电能量计量关口点暂按设在400V并网点处考虑。电能量计费表精度要求为0.2S级，电能表采用静止式多功能电能表，事件记录功能，配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信的功能，采集信息应接入电网调度机构的电能信息采集系统。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案六、风力发电机地基6.1设计依据根据《风电机组地基基础设计规定》（试行）FD003-2007，风电机组地基基础设计计算和验算内容，主要包括地基承载力计算、软弱下卧层验算、基础抗滑抗倾覆稳定计算、基础沉降和变形计算、基础裂缝宽度验算、基础内力配筋和材料强度验算、采用桩基基础时桩顶作用效应计算、桩基竖向承载力计算、抗拔桩基承载力验算、以及桩基沉降计算等。根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008及《风电机组地基基础设计规定》（试行）FD003-2007，本工程风机桩基基础设计主要的设计控制指标见表51。表51风机桩基础设计控制指标设计工况基桩拔力基桩平均竖向力Nk(kN)桩顶最大竖向力Nkmax(kN)单桩水平力Hik(kN)单桩抗裂弯矩Mk（kN.M）正常运行荷载工况基桩抗拔容许值≤Ra≤1.2Ra≤Rh≤Mcr多遇地震工况基桩抗拔容许值≤1.25Ra≤1.5Ra≤Rh≤Mcr极端荷载工况基桩抗拔容许值≤Ra≤1.2Ra≤Rh≤Mcr注：表中Ra为基础竖向承载力特征值，Rh为基桩水平承载力特征值，Mcr为单桩抗裂弯矩检验值。6.2设计荷载、分项系数等取值荷载、荷载工况与荷载效应组合及分项系数等根据《风电机组地基基础设计规定》（试行）FD003-2007、《风力发电机组安全要求》GB18451.1-2001规定执行。本工程单机容量60kW,风电机地基基础设计安全等级为一级，结构重要性系数取1.1。风机荷载计入修正安全系数1.35。基本组合，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.5；标准组合和偶然组合，荷载分项系数均为1.0。6.3地基配置详见风力发电机基础图纸。龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案七、风力发电量估算根据南海海面丰富的风能资源，10M海面风功率密度等级为4-7级。海上岛礁离海平面高度大约为5米，垂直轴风机的高度15.38米，总的高度大约为20.38米。查阅风功率密度等级表显示南海海面10M高度年平均风速在6-9.4米/秒，30M高度年平均风速在7-11米/秒,20米高度年平均风速区间为6-11米/秒，这是非常优质的风能数据，非常适合风力发电。风功率密度等级表：风功率密度等级10m高度30m高度50m高度应用于风力发电风功率密度/（w/m2）年平均风速参考值/(m/s)风功率密度/（w/m2）年平均风速参考值/(m/s)风功率密度/（w/m2）年平均风速参考值/(m/s)11004.41605.12005.62100~1505.1160~2405.9200~3006.43150~2005.6240~3206.5300~4007.0较好4200~2506.0320~4007.0400~5007.5好5250~3006.4400~4807.4500~6008.0很好6300~4007.0480~6408.2600~8008.8很好7400~10009.4640~160011.0800~200011.9很好注1不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。2与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按海平面标准大气压及风速频率符合瑞利分布的情况推算龙向能源-中国南海岛礁电力供应解决方案八、太阳能发电、水平轴风力发电及柴油发电机太阳能在南海岛礁已经有过案例，所解决不了的问题：1、大风、冰雹，2、防腐，3占用面积不现实，4、发电的成本，5、运行的维护费用，6、太阳能电池板本身的特性，能量衰减这是不争的事实，7、发电的条件局限性。水平轴风力发电机所不能解决的问题：1、水平轴特性小风不发电、大风不让它发电，2、需要电网做支撑，3、对风找向，4、冰雹，5、地域特点风的不确定性。这样使得水平轴在南海安装理论上就不能通过，现在的海上风电几乎是靠近内陆的浅滩地域的近海，独岛运行还没有这样的先例（20kw以上水平轴三叶片风力发电机）。柴油发电机笨重且噪音巨大，污染严重，用电成本高昂。龙向能源历尽15年，自主研发生产的的风力发电机组彻底解决了这些世界性难题，具有耐腐蚀、抗台风、无噪音、占地面积小、发电量高等优点，高效利用大海的风能，实现柴油风电互