风力发电机组类型选择人

1. 风力发电机组类型选择
根据目前世界风力发电机组的发展状况了解到，目前各种机型风力发电机组均采用了上风向、水平轴、三叶片结构，该种类型的机组其技术成熟，可靠性较高，在世界各地得到了广泛的运用。为适应各种风况条件，在机型方面又划分为中低风速区型、内陆型和高风速区型机组以及变桨、变速、变桨变速等不同类型，其单机容量范围从几十千瓦到数兆瓦，选择范围较大。
根据
风电场的风能资源状况，地区属于Ⅲ级风场，70米高度年平均风速7.2米/秒，适宜选择中低风速区型风电机组；根据推算的风场不同高度实测年历时风速资料，按不同风电机组功率曲线，对各类机组的理论发电量和理论利用小时数进行了初步估算，推荐选择叶轮直径较大的风电机组。
2.风力发电机组单机容量选择
目前风电机组单机容量最大已可达到3兆瓦以上，如东特许权项目要求设备国产化率达到50%，在与各设备供应商咨询了解后，初步确定4种可满足国产化率要求的风电机组，其单机容量分别为850千瓦、1000千瓦、1250千瓦和2000千瓦，在选定风场场址内进行排列布置。
根据初步布局结果和招标文件提供的资料，从风电机组布置角度，在如东风电场单机容量在600千瓦以上的机组均可实现理想布置。其中选择较大机组容量时，机组布置更为灵活，占地面积小，配套工程（基础、塔架、输电电缆）少。
3.风力发电机组的对比选择
经过初步选择，从多种侯选机型中初步选择出三种机型进行详细的技术指标比较，三种机型的主要参数的对比（仅列出四者之间的主要区别）见表6-1。
表6-1：侯选风力发电机组技术指标对比表
 
名      称
 
WTG1型
 
WTG2型
 
WTG3型
 
WTG4
 
额定功率（千瓦）
 
850
 
1000
 
1250
 
2000
 
功率调节
 
变桨变速
 
定桨距
 
变桨距
 
变桨变速
 
叶轮直径（米）
 
52
 
54.2
 
66
 
80
 
额定风速（米/秒）
 
15
 
15
 
12
 
15
 
停机风速（米/秒）
 
25
 
25
 
25
 
25
 
叶轮额定转速（转/分）
 
14.6-30.8
 
15/22
 
13.9/20.8
 
9-19
 
运行温度范围（℃）
 
-20~+50
 
-30~+25
 
-20~+50
 
-20-＋50
 
机舱重量（吨）
 
23
 
30
 
44
 
61
 
叶轮重量（吨）
 
10
 
16.5
 
19.8
 
34
 
塔架高度（米）
 
65
 
65
 
65
 
60
 
塔架重量（吨）
 
106
 
85
 
98
 
100
从上表中可以看出，WTG1与WTG3、WTG4型机组均采用变桨功率调节方式，在高风速区段，叶轮保持较高的效率，对风能资源的利用效率高，WTG4机组采用全变速运行，为目前较新发展的技术。
4种风电机组的发电量、上网电量、设备利用小时及容量系数估算结果见表6-2。
表6-2：风力发电机组估算电量对比表
 
 
功率 kW
 
理论电量kWh
 
理论小时
h
 
上网电量
kWh
 
利用小时 h
 
容量系数
 
WTG1
 
850
 
2391400
 
2813
 
1913120
 
2251
 
0.257
 
WTG2
 
1000
 
2693118
 
2693
 
2154494
 
2154
 
0.246
 
WTG3
 
1250
 
3406250
 
2725
 
2739000
 
2191
 
0.250
 
WTG4
 
2000
 
5742162
 
 
4593729.32
 
2180
 
从对比表中可以看出，由于采用变桨距功率调节方式，WTG1、WTG4两种类型的风电机组容量系数高，其中WTG4型风电机组单机容量大，完成100兆瓦风电场的建设需50台机组，相应配套建设费用低，设备总投资与设备单位千瓦投资均较低，预测年总发电量较高，优先推荐该机型。
WTG4型风电机组单机容量大，有较大的安装运行数量，采用变桨功率调节方式，如东风电场交通便利，大型货物（叶片）可直接运抵南通市，经短距离陆地运输即可抵达现场，当地也具备大型设备的吊装能力，选择该型机组作为如东风场的推荐机型。
二、风力发电机组的布局选择
根据如东风电场风向玫瑰图和风能玫瑰图显示，其风向分布和风能分布相对较分散，主导风向不明显，主要风能分布位于ⅠⅣ象限，其中沿WSW-ENE方向为风能最小方向。排列风电机组时应使风电机组行垂直于主风向，以风场效率高、发电量多、占地面积少和配电系统投资少的原则来排列风力发电机组。对于如东风电场这种主导风向不明显的地区，建议风电机组间距应选择行间距与列间距均选择不小于5倍叶轮直径。
如东风电场建设容量为100兆瓦，根据其地形地貌状况，结合风场内已有的道路交通设施进行机组的初步布置，减少施工道路的建设，风电机组的排列采用的是间距5倍，行距5倍叶轮直径，交错排列的方式（详见附图）。采用该种排列方式，风场效率可达94%。50台2000千瓦风力发电机组间距为400米以上，每行间距为400米以上，错列排列。
三、 风电场年上网电量计算
根据招标文件及业主提供的如东风场内各测风点的实测数据分析，如东风场的风资源属于Ⅲ级风场，根据风资源分析所得到的数据和设备供应商提供的标准状态下的功率曲线，计算出WTG4型风电机组单机年理论发电量为574.2万千瓦时。
根据单机理论年发电量，并考虑机组利用率等因素对风电场发电量的影响，估算风电场的全年实际上网电量。各种影响因素分析如下：（1）空气密度修正系数：根据计算，风电场平均空气密度为1.223千克/立方米，与标准空气密度1.225千克/立方米的差异仅为0.27%，因此忽略空气密度对发电量的影响。
（2）机组利用率：风机利用率主要考虑机组、输电线路、电气设备的定期维护保养，停机2天，机组的故障排查和检修，停机天数预计为10天；恶劣气候（台风、高温等）的影响，按每年5天预计。全年合计停机天数为约17天，能量损失占4.7%，机组利用率暂定为95.3%。
（3）机组尾流的影响：风场的机组尾流影响取6%。
（4）控制及湍流强度的影响：电能损耗按2%估算。
（5）风电场内能量损耗：根据风场电气设备的型号和电气布置方案，进行场内电缆线路、35千伏变压器损耗、110千伏主变压器损耗的估算，
风场场内电能损耗约为5%。
（6）盐雾及叶片污染等其它因素的影响：如东风场位于沿海地区，周边地区工业发达，考虑盐雾和空气中污染物等造成的对叶片的污染，电能损耗按4%计。
根据上述对机组利用率等因素的影响分析，推算如东风场年发电量为22968万千瓦时，平均单机年发电量为459.36万千瓦时，风电场装机利用小时为2191小时。