淺析風(fēng)電機(jī)組選型及風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫金龍

(國(guó)華(錫林郭勒)新能源有限公司,內(nèi)蒙古錫林郭勒 026000)

淺析風(fēng)電機(jī)組選型及風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫金龍

(國(guó)華(錫林郭勒)新能源有限公司,內(nèi)蒙古錫林郭勒 026000)

因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組的規(guī)模不斷壯大,常規(guī)的風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量也在不斷增加。目前,對(duì)于國(guó)內(nèi)外的科研人員都致力于進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組選型的科學(xué)化,并將有效利用軟件進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象,從而讓風(fēng)電機(jī)的布置更加合理化、并降低投資成本、增加上網(wǎng)電量。本文首先論述了風(fēng)電機(jī)組選型過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題,然后在WindFarmer的基礎(chǔ)之上,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了具體的討論。

風(fēng)電機(jī)組 選型 風(fēng)電場(chǎng) 優(yōu)化設(shè)計(jì) WindFarmer

1 風(fēng)電機(jī)組選型的注意事項(xiàng)

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先就要選擇合適的風(fēng)機(jī)，這就是所謂的風(fēng)電機(jī)組的選型。在進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組的選型時(shí)應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)問(wèn)題。

第一點(diǎn)，要考慮國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組制造商的生產(chǎn)能力。近年來(lái)，風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)水平不斷進(jìn)步，整機(jī)的制造能力也得到提高，所以我們?cè)谶x型時(shí)就更應(yīng)該注重制造商使用的制造技術(shù)和產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用情況。

第二點(diǎn)，要從風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)角度方面進(jìn)行選擇，除此之外，還要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行考慮，因?yàn)楣β收{(diào)節(jié)技術(shù)越先進(jìn)，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和可靠性就越高。

第三點(diǎn)，因?yàn)槊總€(gè)風(fēng)電場(chǎng)都有自己的風(fēng)資源特色，例如最大風(fēng)速、極大風(fēng)速、湍流強(qiáng)度等都不一樣，所以在風(fēng)電機(jī)組選型時(shí)應(yīng)該選擇符合風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源特色的風(fēng)機(jī)，并且要求風(fēng)機(jī)具有一定的安全等級(jí)保證。

2 WindFarmer環(huán)境下的風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 WindFarmer簡(jiǎn)介

WindFarmer是由MINDOPS有限公司研究開(kāi)發(fā)的一種風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，主要用于鋒利發(fā)電機(jī)組的微觀選址。該軟件已經(jīng)過(guò)了GL認(rèn)證，并且通過(guò)了相關(guān)的實(shí)地驗(yàn)證，是一種對(duì)風(fēng)資源進(jìn)行評(píng)估的軟件。該軟件技術(shù)已經(jīng)在歐洲被廣泛應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用卻非常有限。

WindFarmer軟件具有三大主要功能，即數(shù)據(jù)輸入、計(jì)算發(fā)電量、輸出結(jié)果。在數(shù)據(jù)輸入中，首先需要對(duì)利用參考坐標(biāo)對(duì)WindFarmer的工作范圍進(jìn)行定義，然后再進(jìn)行風(fēng)資源柵格文件和風(fēng)頻表tab文件的輸入，最后輸入風(fēng)機(jī)坐標(biāo)和風(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的功能。在發(fā)電量的計(jì)算中，WindFarmer軟件可以講發(fā)電量分為理想發(fā)電量、總發(fā)電量、不含損失的凈發(fā)電量、包含損失在內(nèi)的凈發(fā)電量等四種程度不同的數(shù)值。在結(jié)果輸出上，WindFarmer軟件可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)玫瑰和發(fā)電量的輸出。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.2.1 準(zhǔn)備原始資料

進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步就是要準(zhǔn)備好相關(guān)的原始資料，這些資料具體是指以下幾種：一是風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域地形圖文件的制作，不管這種圖文件的初始格式是什么，最終都需要轉(zhuǎn)換成map格式；二是wrg或者rsg格式的風(fēng)資源文件；三是tab的風(fēng)頻表文件；四是pow或者是wtg格式的風(fēng)機(jī)功率曲線文件；五是wti格式的紊流強(qiáng)度文件。以上這五種文件都是WindFarmer軟件在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)之前需要準(zhǔn)備好的原始資料。

2.2.2 模擬風(fēng)電場(chǎng)的建立

這個(gè)過(guò)程需要七個(gè)步驟來(lái)完成，第一步，建立WindFarmer的工程，即wow文件。第二步，將風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域地形圖文件導(dǎo)入進(jìn)來(lái)。第三步，導(dǎo)入地形文件之后，就需要在工作界面中重現(xiàn)建立新的辯解，并且這些新的邊界要將風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址中需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)布置的區(qū)域全部囊括在內(nèi)。第四步，導(dǎo)入風(fēng)頻表文件和風(fēng)資源文件，并且利用項(xiàng)目屬性功能實(shí)現(xiàn)這兩種文件的關(guān)聯(lián)。如果導(dǎo)入的是wrg文件，則還要添加風(fēng)機(jī)布置的具體為止。第五步，將風(fēng)機(jī)功率曲線文件導(dǎo)入到工作界面中。第六步，講紊流強(qiáng)度文件導(dǎo)入進(jìn)來(lái)。第七步，在軟件中輸入目標(biāo)場(chǎng)址的空氣密度、可用率、結(jié)冰和葉片老化情況、變電站維護(hù)、停電、電器效率、功率紊流變化、滯后和扇區(qū)管理等相關(guān)的參數(shù)。

2.2.3 對(duì)發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算

利用WindFarmer軟件控制面板中的“發(fā)電量”選項(xiàng)，可以選擇合適的模型來(lái)計(jì)算。例如，如果在優(yōu)化設(shè)計(jì)中選擇“修正PAPK模型”，那么在最后進(jìn)行計(jì)算時(shí)就可以采用“渦旋粘性模型”，這樣就可以計(jì)算出整個(gè)發(fā)電站的理想發(fā)電量、總發(fā)電量、凈發(fā)電量、排列效率和地形效率等結(jié)果。

2.2.4 風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化布置

這一點(diǎn)可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析，一方面，WindFarmer軟件可以對(duì)各個(gè)方向相鄰的風(fēng)機(jī)對(duì)本機(jī)的影響程度進(jìn)行分析，然后根據(jù)結(jié)果來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間的距離，調(diào)整風(fēng)機(jī)的數(shù)量，最后經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)算和比較，選擇比較理想的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)方案和布置方案。另外一方面，WindFarmer軟件可以利用空氣密度修正、線損和工廠用電修正、功率曲線保證修正等修正系數(shù)來(lái)對(duì)凈發(fā)電量進(jìn)行修正，得出風(fēng)電場(chǎng)的上網(wǎng)電量等指標(biāo)。

2.2.5 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的布置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析可以從以下三點(diǎn)入手。第一點(diǎn)，配套工程的設(shè)計(jì)分析。整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)工程中，除了要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的樁基和布置方案進(jìn)行優(yōu)化之外，還需要對(duì)它的配套設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第二點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析就可以獲取風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)和布置方案的初投資、度電投資、單位kW投資和上網(wǎng)電價(jià)等經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。第三點(diǎn)，選擇最優(yōu)化的樁基和布置方案。根據(jù)上述的方法我么可以獲得其他裝機(jī)和布置方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這樣就能在所有的方案中選擇最優(yōu)的方案。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，WindFarmer軟件已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)的風(fēng)電場(chǎng)所驗(yàn)證，在風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，能夠進(jìn)行穩(wěn)定可靠且有效的設(shè)計(jì)。WindFarmer軟件將Wasp軟件的一部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果作為原始資料進(jìn)行導(dǎo)入，和WasP軟件結(jié)合起來(lái)使用，是目前我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要手段，值得廣泛推廣。

[1]易雯嵐.風(fēng)電機(jī)組選型及風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].華北電力大學(xué)(北京),2010(06).

[2]劉瑞軒. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組綜合優(yōu)化選型方法研究[D].華北電力大學(xué)(北京),2011(06).

[3]易雯嵐.基于WindFarmer軟件的風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2009(05).

[4]鐘素梅.風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組選型與場(chǎng)址選址工作探討[J].中國(guó)西部科技,2011(06).

[5]楊勇,周欽賓,李穎瑾.風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中機(jī)組選型與布置分析[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2012(02).