如何正确选择风电机组及其定义、原则、影响因素详解

智慧风电网 2017-11-29 10:48 次阅读

 

正确的机组选型是风电场设计的重点和关键,风电机组选择的正确与否直接影响到风电场长期运行的安全性和经济效益。

“风电机组”选型攻略,有哪些注意事项?史上最全机组造型名录!

决定风电项目盈利水平的要素包括风资源状况、电网接入状况、上网电价、机组选型和运维水平等。项目核准后,前三项基本已成定局,机组选型的重要性显而易见。

正确的机组选型是风电场设计的重点和关键,风电机组选择的正确与否直接影响到风电场长期运行的安全性和经济效益。

什么是机组选型?

在风电场建设过程中,风力发电机组的选择受到自然环境、交通运输、吊装等条件的制约。

同时,风力发电机组的选择决定了建场投资和发电量,风机选型就是要在这两者之间选择一个最佳配合。

在技术先进、运行可靠的前提下,根据风场的风能资源状况,选择经济上切实可行的风力发电机组,计算风场的年发电量,选择综合指标最佳的风力发电机组。

风力发电机组选型的好坏不仅影响风力发电场投资的多少,还影响投产后的发电量和运行成本,最终影响上网电价。

机组选型的基本原则

进行机组选型的前提是项目有盈利的可能。电价越高,风资源越好,项目的盈利水平就越高。那么风机选型要遵循的基本原则有哪些么?

首先,性能价格比最优,即以最低的价格购买到性能、质量最好的风力发电机组产品。

其次,以发电成本最小为指标,充分考虑发电机投入和产出的效益。在一些特殊情况下,如果各风力发电机组的发电量相差不大,则风力发电机组选型时就要考虑能否用最小的发电成本转化成最大的容量系数。

影响因素

风电机组的安全性

不同的风电场条件具有不同的风况、气候因素等外部条件,因此风电机组根据不同的现场条件有不同的设计要求及相应的安全等级。表1是IEC61400-1(第三版)风电机组等级表。

表1 风电机组等级表

上表中,所有参数值均是指轮毂高度处的参数:

Vref -参考风速(10min平均值);

A -较高湍流强度等级;

B -中等湍流强度等级;

C -较低湍流强度等级 ;

Iref-风速为15m/s时的湍流强度。

50年一遇最大风速和湍流强度是机组选型的两个最基本的指标,在风电场内的风电机组的位置确定后,根据相关标准,还需要对每台风电机组的现场风况条件进行安全性评估,评估的风资源参数主要有:

(1) 各机位轮毂高度处的50年一遇最大风速(10min)和极大风速(3s);

(2) 各机位轮毂高度处的有效湍流强度(环境湍流强度与机位之间尾流产生湍流强度的叠加);

(3) 在0.2Vref~0.4Vref之间风速分布概率密度小于风电机组设计值;

(4) 入流角(入流气流与水平面的夹角≤8°);

(5) 风切变系数0.05

(6) 在主风向的机位多于5排或垂直主风向的距离小于3D(D为风电机组叶轮直径)时,会增加风电场的环境湍流强度,最终影响机位的有效湍流强度。

风电机组的经济性:

风力发电机组选型的经济性,主要指评价该风场投资所产生的经济效益。对于一个风电项目,主要风险变量有固定资产投资、年上网电量和上网电价等。在电网电价暂不确定的情况下,由于风电机组设备价格有较大波动,风电项目投资回报问题已成为影响风电项目投资的主要因素。所以说,在电网价格给定的情况下,对于一个风场的建设和投资,需要考虑因素有单位千瓦的造价、年上网发电量和资金内部收益率。通过对风场建设的多种方案的计算、比较和分析,得出能反映每种方案的经济指标。

机组的经济性主要是从风电场投资及其发电量两方面综合考虑。

在风电场总装机容量一定的条件下,从经济方面考虑,大型的,特别是兆瓦级以上风电机组的综合成本更低一些。

从技术角度来讲,风力发电机组的发电机逐步从定速运行的感应发电机发展为风能利用率较高的变速运行的发电机;功率控制也逐渐由定桨距失速型,主动失速型发展到变桨距功率控制。在机型选择时应根据条件优先考虑具有成本低、技术先进、风能利用率高和应用广泛的大型先进风电机组。

风力发电机组选型的技术性

风力发电机组选型的技术性主要体现在以下几个方面:风资源评估;风功率计算;上网电量估算;机组可靠性。

①风资源评估

风场建设,首先要对所选的风场进行风资源评估。目前国内外针对风资源的测试与评估已经开发出许多测试设备和评估软件。在风电场选址,特别是微观选址方面已经开发了商业化软件,如丹麦RIS 国家研究实验室开发的用于风电场微观选址的资源分析工具软件WASP;法国美迪公司开发的meteodyn WT等。国内也有类似的软件,如电场设计及优化软件WINDFARMER,使得风资源在评估时有了一定的保障,为下一步单机容量的选择提供了重要的依据。

②风功率计算

根据风资源评估的结论,确定该风场年平均风速和年风功率密度,进一步确定该风电场盛行风向是否稳定,湍流强度是否较小,以及场区实测空气密度和风切变指数、风功率密度等。根据《风电厂风能资源评估方法》(GB/T18710-2002),定性该风场属于哪一类风场,从而在风力发电机组选型上选用适合该风场的高效能风机。

③上网电量的估算

根据适合该风场的几类机型,还要进行年理论发电量的计算。也就是根据该风场在标准状态下的功率和推力系数曲线、风电机组的布置和风电场的地形图,采用程序计算得到标准状态下的理论发电量。然后考虑空气密度的修正、尾流修正、控制和湍流折减、叶片污染折减、功率曲线折减、厂用电、线损等能量损耗和气候影响停机等因素,估算出本风电场工程年上网电量。

④机组的可靠性

机组的可靠性是指考虑不同机型的结构及构成而提出的机组稳定运行的可靠程度。另外,可靠性还与机组设备所选用零部件的质量、生产质量和安装质量有关。

风力发电机组选型的实用性

风力发电机组选型的实用性主要是指根据风场的特点,考虑机组选择还要受风电场自然条件、交通运输、吊装等条件的制约。同时,也要考虑风电场的总体规划和规模,再结合选型的技术性,从而决定选用实用类型的机组。

风力发电机组的选型

风力发电机组的选型分为单机容量选择和机型选择:

1、单机容量选择

根据目前国内外风机市场的现状以及国内已建风电场的装机情况,按照单机容量的大小通常可以将风机分为4个级别。

①600kW 级机组:单机容量为600kW或750kW,适合安装在地形复杂的风电场。国外这类机组已开始退出风机市场,国内生产这个级别风机的厂家有新疆金风和浙江运达等。

②850kW级机组。单机容量在850kW~1000kW之间,这类机组技术成熟,并有良好的运行业绩,适合场地条件较差和运输困难的风电场,在市场上仍有一定的空间和潜力。这个级别的风电机组在国内安装数量较多。

③MW级机组。单机容量在1MW~3MW之间,这类机组在技术上比较成熟,目前我国1.5~2MW级的机组已经成为主流成熟机型,3MW级机组实现了批量生产,业绩增长迅速,金风等厂家在加紧推出5MW、6MW机型的步伐,华锐、明阳、国电联合动力6MW机型已经安装样机,华锐、湘电、海装并已安装5MW样机,将逐步积累实际经验,步入批量化生产阶段。

④多MW 级机组。这类风机的部件属超长、超重件,运输和吊装难度很大, 目前在欧美等发达国家有一定数量的安装,主要安装在海上风电场,尚未大规模投入商业运行。

2、机型的选择

在风电技术领域,风机类型主要是依据其调节技术的不同而区分的。目前的风机市场,主要有定桨距和变桨距两种。变桨距的调节技术主要有:滑差、变桨、变速、变频以及双馈等。定桨距风机构造简单,调节方式简便,结构结实、牢固,中小型机组采用较多, 适合安装在风况相对复杂的风电场。

变桨距较定桨距风机结构轻,构造复杂,可根据风速的变化调节以获得较多电量。MW 级机组大多采用变桨、变速、双馈等技术。每种调节技术都代表着不同的风机类型,并有各自的特点,适合不同的风电场条件,没有纯粹的优劣之分。

目前,风力发电机组朝着大型化、高效率的方向快速发展。并网型风电机组经过几十年的发展,已基本上淘汰了一些不实用、技术有缺陷或者不具备商业价值的机型,形成了现在最常见的水平轴、3叶片、上风向、管式塔的统一模式。

机组选型的“因地制宜”

在我国960万平方公里的土地上,存在着许多不同的地形。而什么样的风资源、地理特点与发展环境,决定着开发企业采用什么样的机型。这时就需要“因地制宜”地去选择。风哥主要整理了我国“三北”地区;低风速地区和海上风电的风机选型问题:

01、“三北”地区及中东部平原地区:

开发企业采用单机容量较大的机型,更符合区域风电发展的规律,原因:

1、“大容量”机型可有效降低风电开发成本。

首先,我国“三北”地区及中东部平原地区地势平坦,项目施工难度低,无需投入大量道路改造与吊装平台建设成本,便于“大容量”机型的运输与吊装。

其次,采用“大容量”机型,可有效减少机组安装数量,节省项目前期投资成本。例如,在一个总容量为10万千瓦的项目中,单机容量为3.4MW的机型,在基础总造价、吊装总造价、基础总占地面积方面,比2MW机型分别减少25%、40%、17%以上。

再次,由于机组数量更少,3.4MW机型相对于2MW机型更易进行风电场优化设计,从而在不同的项目中,减少2%至3%的尾流影响,有效提高风电场的整体发电能力。

2、大容量”机型利于风电用地的集约化发展。

我国中东部地区人口稠密、经济发达、征地成本高昂。

因此,在中东部平原地区采用“大容量”机型,一方面可避免出现机位点不足,无法达到项目开发总容量的问题;另一方面则在机位点数量够用的情况下,进一步优化点位设计,提高风电场发电能力。

02、低风速山地地区:

低风速地区更适合选择单机容量在2MW级的“小容量+大叶轮”机型。既可减少山区运输、吊装难度与成本,又可充分利用机组低风速发电能力提高项目收益。

03、海上风电场风电机组选型:

海上风电机组选型的主要方法是通过比较初选不同风电机组的技术性和经济性来确定推荐机型。

经济性主要依据度电成本这个量化指标来衡量;

而技术性主要考虑风电机组的制造水平、技术成熟程度、产品可靠性及运行维护的方便程度,更多地是从定性的角度进行比较,缺乏较强的说服力;

另外,在经济性的比较中缺少运行维护成本的考虑。

附主要整机商机型表

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