风剪切对风电项目应用影响的探讨

风剪切对风电项目应用影响的探讨张世惠邹玉娥中国风电集团有限公司中国风电集团有限公司风切变和风切变指数•风切变：指大气中两点间风速变化梯度�风切变可分为水平和垂直两大类�在风电应用风切变仅指风在垂直方向上的变化规律及特征•风切变指数表示：�风速随高度变化服从普朗特经验公式�地面粗糙度对风切变影响�利用风切变幂律(风廓线)公式计算求得不同高度的风切变指数。式中，Vn，Vi分别为高度Zn，Zi处的风速，α为风切变指数，其值与地面粗糙度有关。风切变幂指数律⎟⎠⎞⎜⎝⎛=ininZZVVln)ln(α•年平均风速计算：根据各测风高度的年平均风速计算风切变指数•10min的实测风速计算：根据10min风切变指数进行平均•总风切变指数计算：计算出各层风切变指数后，最终总风切变指数可采用不同方法计算。目前常用的有各高度风切变指数平均值、高层风切变指数、使用各高度风切变指数拟合值风切变指数计算方法•地形变化对风切变影响•地面粗糙度对风切变影响•温度变化对风切变影响–大气层稳定性与温度有关–白天日照各空气层对流磨擦释放影响风切变指数的因素内蒙风场实测风切变年变化曲线风切变指数年变化•季节影响根据国外研究在马尔它Mediterranean岛的研究发现，10m和25m之间的风切变指数随季节变化明显，其中一月最大达到0.45、七月最小为0.29•年变化中不同高度间指数变化不同•日变化：一天中晚上风切变指数大，而白天要小一些•不同高度日变化：40m与80m之间的风切变明显高于10～40之间的风切变•超过100m稳定气流层风切变指数日变化风切变指数日变化曲线BigSpring风场实测风切变日变化，NREL内蒙风场风切变日变化　10m40m50m40m0.125　　50m0.092-0.114　70m0.1170.0980.197负切变及指数拟合风切变指数负变化情况由于测风塔位于缓坡丘陵的顶部，由于地形作用，40-50m高度出现了负切变。问题：(1)幂指数拟合风切变指数偏低；(2)平均风切变指数偏小(3)导致机组选型可能不合理(4)塔架高度选择受影响•山脊应尽可能处于垂直于主风向的位置，而且山前不要有什么山形变化•山前上升坡度到山尖应尽可能连续•山脊风速的提高要高于园球型山。•陡峭山上风速的提高与平地相比随高度变化会很快下降•最佳坡度为1:3到1:4之间•山附近地形情况对山上气流结构有影响•斜度高于1:4的山坡应避免山区风场选择•地面粗糙度影响粗糙度变化导致风切变改变地面粗糙度及温度影响•对发电量预测的影响•测风塔选址位置•机组选型影响风切变指数对风电场前期工作的影响•机组选型–轮毂高度的50年一遇最大风速–不同机位的实际海拔校核每个机组轮毂高度处的50年一遇最大风速•塔架高度选择•线路设计风切变指数对风电场设计的影响机组选型•轮毂高度的50年一遇最大风速–极端风速：不同机位实际海拔校核每个机组轮毂高度处的50年一遇最大风速•高风切变出现概率影响机组选择–IEC，GL，DNV有关规定–正常运行条件和极端条件下指数–极端条件的静载和疲劳载荷IECIECIECIECDNVDNVDNVDNVGLGLGLGLWindShearExponentsforNormalOperatingConditionsα=0.2ForallWindSpeedClassesUnstableConditionsα~0.16NeutralConditionsα~0.22StableConditionsα~0.35α=0.16ForClassIorIISitesComparableWindShearExponentsforExtremeEventsEquivalenttoaShearExponentα=1.13inSteadyFlowEquivalenttoaShearExponentα=0.55inSteadyFlowIEC，GL，DNV有关规定集电线路设计•线路铁塔或线杆受力安全性•线杆间合理间距选择•集电线路设计中风切变指数选用风切变对风电场运行和维护的影响•风电机组安全性•经济性影响�影响风电场发电量•异常风切变对机组部件的影响–传动系统的非正常磨损–极端情况风电机组破坏的可能性•设备安全防范措施–机型选择时充分考虑高风切变影响–控制策略选取风电机组安全性•正确分析不同季节高风切变指数出现的可能性和概率•对温度变化带来的风切变影响应给予充分认识•对于较高风切变指数出现频率高的风电场，应加大对传动系统以及叶片的检查力度•风切变变化将影响机组性能风电机组安全性经济性影响•塔筒高度优化如果风切变指数小，则不必要选择过高的塔架，假设塔架能够降低5米，则相应塔筒投资可减少约5%，整个风电场投资可相应降低0.3%•风场微观布局优化√机组位置应避免在地形突起位置√山脊走向应垂直主导风向谢谢！Thankyou！