风电场风电机组选型布置及风电场发电量估算

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1、风电机组选型、布置及风电场发电量估算批 准： 宋 臻 核 定： 董德兰 审 查： 吉超盈 校 核： 牛子曦编 写： 李庆庆5 机型选择和发电量估算5.1 风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装 等条件等制约。在技术先进、运行可靠的前提下，选择经济上切实可行的风力发电机组。 根据风场的风能资源状况和所选的风力发电机组，计算风场的年发电量，选择综合指标 最佳的风力发电机组。5.1.1 建设条件酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹 一谷的地形，成为东西风的通道，风能资源丰富。场址位于祁连山山脉北麓山前冲洪积 戈壁平

2、原上，地势开阔，地形平缓，便于风机安装；风电场东侧距312国道约30km，可 通过简易道路运输大型设备。根据黑厓子北测风塔2008年7月2009年6月测风数据计算得到该风电场场址 90m高度风功率密度分布图见图5.1 （图中颜色由深至浅代表风能指标递减）。由图5.1 可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据风能资源计算结果， 该风电场主风向和主风能方向一致，以E风和W风的风速、风能最大和频次最高。用WASP9.0软件推算到预装风电机组轮毂高度90m高度年平均风速为7.32m/s,平 均风功率密度为380W/m2,威布尔参数A=8.3， k=2.0； 50m高度年平均风速为7

3、.04m/s， 平均风功率密度为330W/m2，威布尔参数A=7.9，k=2.06。根据风电场风能资源评估方法判定该风电场风功率密度等级为3级。黑厓子西风电场90m高度年有效风速（3.0m/s25.0m/s）时数为7131h，风速频 率主要集中在3.0 m/s12.0m/s ,3.0m/s以下和25.0m/s以上的无效风速少，无破坏 性风速, 年内变化小，全年均可发电。由玉门镇气象站近30年资料推算70m、80 m、90 m和100m高度标准空气密度条 件下50年一遇极大风速分别为48.00m/s、48.90 m/s、49.71 m/s和50.45m/s,小于 52.5m/s。5090m高度1

4、5m/s风速段湍流强度介于0.06600.0754之间，小于0.1,湍 流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1（2005）判定该风电场可选用适合IECIII及其以上安全等级的风机。图5.1黑厓子西风电场90m高度风功率密度分布图5.1.2 机型选择根据目前国内成熟的商品化风电机组技术规格，并结合该风电场建设条件，初步选 择单机容量为2000kW、2500kW和3000kW的风电机组进行比选。机型特征参数如下：叶片数：3片额定功率：2000kW、2500kW 和 3000kW风轮直径：93113m切入风速：34 m/s切出风速：2025m/s额定风速：1112.5m/s安全风速：52.

5、570m/s轮毂高度：69100m根据黑厓子西风电场风能资源特点和场址范围，风机排布采用东西间隔9D,南北间 隔5D,按风机厂提供的当地空气密度下的功率曲线采用WASP9.0软件分别计算各风电机 组发电量。并参照目前各风电机组在我国市场上的大致价格情况，对初选的3种机型6 种方案进行了投资估算和财务分析，结果见表5.1。表5.1 初选方案技术经济比较表序号项目单位万案1方案2万案3万案4方案 5万案6FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500GW100/2500SL3000/113SL3000/1131单机容量kW2000200025002500300030002台数台242

6、4191916163轮毂高度m698080100901004叶片直径m93931001001131135总装机容量MW484847.547.548486年理论发电量万kWh14498.614752.614763.915415.115116.815234.57年上网电量万kWh9991.610186.810183.510671.510470.510574.68年利用小时数h2082212221442247218122039工程静态投资万元38283.1339999.4740575.2843298.5543702.0544335.0910工程动态投资万元39217.6340975.8741565.

7、7344355.4744768.8245417.3111主机综合造价元/kW47004700520052005400540012单位千瓦投资 （静态/动态）元/kW79755/81708333/85368542/87509115/93379104/93269236/946113单位电度投资（静态）元/kW h3.833.933.984.064.174.19序号项目单位万案1方案2万案3万案4万案 5万案6FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500GW100/2500SL3000/113SL3000/11314排序123456备注：投资概算为中间成果。由表5.1可看出，各方案中

8、，方案1的单位电度投资最小，为3.83元/kW.h；方案 6的单位电度投资最大，为4.19元/kW.h。由于方案5为业主指定机型，所以本次以方 案5 (华锐SL113-3000/90)机型作为设计依据。5.1.3 风力发电机组的技术指标推荐机型风力发电机机组主要技术参数见表5.2，推荐机型风力发电机功率曲线及 推力系数曲线表(1.017 kg/m3)见表5.3。推荐机型风力发电机(1.017 kg/m3)功率曲 线和推力系数曲线见图5.2。表5.2SL113-3000/90低温型风机主要技术参数表-机型 项目SL113-3000/901.转轮直径(m)113.3扫风面积(m2)10039.7对

9、风方向上风向叶片数3功率调节方式变桨变速切入风速(m/s)3.0切出风速(m/s)25.0额定风速(m/s)11.5极限风速(m/s)52.5 (3S)运行温度(oC)-3045 oC轮毂重量(t)282.发电机制造厂家/型号华锐科技额定功率3100额定电压690额定转速/转速范围1200/6001400绝缘等级H功率因数调节范围容性0.9感性0.93.机舱和塔架机舱总重量(t)120叶片(t)38.4塔架类型圆锥式钢塔筒塔架高度(m)90塔架重量(t)(含基础环)306表5.3 推荐机型功率曲线及推力系数曲线表(1.017 kg/m3)风速SL113-3000/90(m/s)功率(kW)推力

10、系数)30.451.0379497.530.83955236.690.74046446.580.73997737.240.739181123.390.738691617.750.7385102117.000.6626112560.540.5812122881.550.4980133000.190.3572143000.190.2776153000.190.2226163000.190.1823173000.190.1517183000.190.1281193000.190.1094203000.190.0945213000.190.0823223000.190.0723233000.190.0

11、640243000.190.0570253000.190.0511备注：所列参数为风机厂家提供。图5.2推荐机型SL113-3000/90 (空气密度1.017kg/m3)功率曲线和推力系数5.2 风电场总体布置5.2.1 风电机组布置原则(1) 根据风向和风能玫瑰图，使风机间距满足发电量较大，尾流影响较小为原则 从本风电场风向、风能玫瑰图分析，主风向为西(W)风和东(E)风，风能最大的方向是西 (W)风和东(E)风，风电机组排列应垂直于主风能方向。(2) 本风电场属戈壁滩地，地势平坦。风电机的布置应根据地形条件，充分利用 风电场的土地和地形，经多方案比较，选择机组之间的行距和列距，尽量减少尾

12、流影响。（3）考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求输电线路长度较短，运输 和安装方便。（4）不宜过分分散，便于管理，节省土地，充分利用风力资源。5.2.2 风电场内风电机组布置风电场场址为戈壁荒滩，地势平坦，主风向和最大风能密度的方向一致，盛行风向 稳定，所以，本区域风电场风机排列方式采用矩阵式分布，该风电场内部采用梅花型布 置。即风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，后排风机位于前排 2 台风机之间。根据国外进行的试验，风机之间的距离为其风轮直径的20 倍时，风机之间无影响， 但考虑到道路、输电电缆等投资成本的前提下，风机之间列距一般约为35倍风轮直 径，行距约为59倍

13、风轮直径。根据本风场常年风向和主风能方向为E和W,确定南北 为列，东西为行。选取华锐SL113-3000/90风机（轮毂高度为90m,功率曲线为1.017kg/m3 下）分别按 4DX8D、4DX9D、4DX10D、5DX8D、5DX9D、5DX10D、6DX8D、6DX9D 布置进行比较。经过比较发现，增大风机南北间距比增大东西间距发电量增加的多，且 风机间距增大到一定程度后间距增大发电量增加缓慢。各布置方案中5DX9D布置方案 最优，最终按5DX9D布置，即南北间隔为5D （565m）,东西间隔为9D（1020m）。具体 机位可根据实际地形进一步在小范围内优化，以便风机布置更为合理。风电场

14、推荐机型 风机总平面布置图见附图 15。5.2.3 风电场之间尾流影响分析黑厓子西风电场东侧有已建成的黑厓子风电场一期、二期（各安装24台单机容量 2.0MW的风机，总装机容量96MW）。为尽可能减少风电场之间的尾流影响，本次设计考虑在两个风电场之间设置一定 的风速恢复距离。在计算分析过程中，当逐步增大两个风电场的距离时，风电机组之间 的尾流影响值也逐步减小，且风场间距增大到一定程度后间距增大尾流影响减小缓慢。 考虑到黑厓子西后期风机布置，本次黑厓子西风电场和已建成的黑厓子风电场之间预留 1.3km 的间距。5.3 年上网电量估算（1）理论年发电量计算根据黑厓子北测风塔2008.072009.

15、06实测资料及风机布置方案，推荐机型华锐 SL113-3000/90当地空气密度（1.017kg/m3）下的功率曲线和推力系数，利用WASP9.0 软件进行发电量计算，得到黑厓子西风电场工程风机的理论年发电量和风机尾流影响后 （计算时不仅考虑了本风场风机之间的尾流影响，而且考虑了黑厓子一期、黑厓子二期 风电场风机的尾流影响）的年发电量。（2）风电机组利用率 根据目前不同风电机组的制造水平和本风电场的实际条件，本次设计风机可利用率采用 95%。（3）风电机组功率曲线保证率风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为 95%，本次在计算发电量时采用当地空气 密度1.017kg/m3下风电机组功率曲线，本次

16、功率曲线的保证率取94%。（4）控制与湍流影响折减 当风向发生转变时，风机的叶片与机舱也逐渐要随着转变，但实际运行中的发电机组控制总是落后于风的变化，因此在计算电量时要考虑此项折减。本风电场湍流强度介 于0.050.07,湍流强度较小。本风场此两项折减系数取4%。（5）叶片污染折减 叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动特性下降。考虑本风场风机受当地工业污染影响为主，空气质量较好，叶片污染折减系数取 1%。（6）气候影响停机玉门镇气象站（19712000年）30年实测极端最高温度为36C ；实测极端最低温 度为-35C。经调查甘肃洁源三十里井子风电场与甘肃大唐低窝铺风电场，在（2008

17、年1 月21 日2008年2月9日）时间段，甘肃洁源三十里井子风电场使用的常温型风机因低温停 机两周，甘肃大唐低窝铺风电场使用的低温型风机没有出现因低温而停机的情况。因此根据本风场的气候特性，参考其他工程取气候影响停机折减系数：低温型风机 折减系数取 2%，常温型风机折减系数取 2.5%，由于本次确定机型为低温型风机，因此 气候影响折减系统取 2%。（7）厂用电、线损等能量损耗 初步估算厂用电和输电线路、箱式变电站损耗占总发电量的 5%。（8）电网波动影响 考虑到酒泉地区风电装机容量较大，建成后对电网影响较大。本次电网波动折减系 数取 2%。（9）其它因素影响 考虑风电场运行中遇到一些其它的影

18、响因素，暂按 1%考虑。 经以上综合折减后，黑厓子西风电场工程推荐机型发电量成果见表 5.4。表5.4 黑厓子西风电场工程推荐机型发电量计算表.机型项目万案1方案2万案3万案4方案 5万案6FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500GW100/2500SL3000/113SL3000/113单机容量（kW）200020002500250030003000本期工程机组台数（台）242419191616风机高度（m）69808010090100本期工程总装机容量（kW）484847.547.54848上网电量（万kWh）9991.610186.810183.510671.5104

19、70.510574.6利用小时数（h）208221222144224721812203容量系数0.240.240.240.260.250.25由表5.4可看出，推荐方案5华锐SL113-3000/90机型年上网电量为10470.5万kW.h，年利用小时数为2181h，容量系数为0.25。黑厓子西风电场工程单机发电量计算表见表5.5。表5.5 黑厓子西风电场工程推荐方案单机发电量计算表风机编号轮毂高度理论发电量风机型号尾流 影响 系数扣除尾流 影响发电 量控制与湍流影响折减0.04万 kw.h万 kw.h万 kw.hHD49SL113-3000/9090944.24.2%904.3868.1HD

20、50SL113-3000/9090940.37.5%869.8835.0HD51SL113-3000/9090943.4861.3826.9HD52SL113-3000/9090945.29.1%859.6825.2HD53SL113-3000/9090943.5862.4827.9HD54SL113-3000/9090943.66.7%880.8845.6HD55SL113-3000/9090951.06.0%894.3858.5HD56SL113-3000/9090950.67.2%882.5847.2HD57SL113-3000/9090945.37.7%872.3837.4HD58SL

21、113-3000/9090943.07.7%870.5835.7HD59SL113-3000/9090939.16.6%877.5842.4HD60SL113-3000/9090941.22.5%917.4880.7HD61SL113-3000/9090943.74.6%900.2864.2HD62SL113-3000/9090947.85.2%898.3862.4HD63SL113-3000/9090950.15.3%900.1864.1HD64SL113-3000/9090945.05.0%898.1862.2汇总15116.86.4%14149.313583.4叶片污染折减利用率折减功率

22、曲线折减耗损及场用电折减气候折0.010.050.060.05万 kw.h万 kw.h万 kw.h万 kw.h859.1826.3818.2816.6819.3836.8849.5838.4828.6827.0833.6871.6855.2853.4855.1853.213441.9813.9759.6714.468782.8775.2773.7776.2792.8804.8794.3785.0783.4789.7825.7810.2808.5810.1808.312734.4730.6723.5722.1724.4739.9751.2741.3732.7731.2737.1770.6756.1754.6756.1754.411885.4687.1680.4679.1681.3695.9706.5697.2689.1687.7693.2724.8711.1709.7711.1709.51117 8.06(6565656(6,6,6(6(6(696868686810