特定條件下風電機葉片選型的優(yōu)化設計與應用

陳軍

摘 要：在內(nèi)陸風電場的開工建設過程中，復核實際風資源有時會比可研階段降低，為了保證風電開發(fā)的效益，應采取有效手段，在降低工程造價的基礎(chǔ)上，爭取風電開發(fā)效益的最大化。文章以云陽風電場工程建設中風機葉片改型實例闡述了內(nèi)陸風電建設應結(jié)合實際，把握風資源，及時靈活優(yōu)化設計，保證開發(fā)風電的持續(xù)性。

關(guān)鍵詞：風資源；葉片改型；發(fā)電效益

前言

風電作為清潔的可再生能源，在我國能源布局中占有重要的地位，是我國節(jié)能減排的主力軍。隨著我國風電發(fā)展建設的高潮，棄風限電、產(chǎn)能過剩、利潤下滑等一系列紛至沓來的問題日趨凸顯了內(nèi)陸風電場的特點和風險，其中包括部分內(nèi)陸風場建成后實際等效發(fā)電小時數(shù)遠低于設計值，造成企業(yè)虧損嚴重，極大挫傷風電開發(fā)的積極性。

云陽風電場項目在2012年開始開發(fā)，2013年下半年工程實質(zhì)開工。從風機定標到開工建設的近兩年來，工程建設人員與風機廠家經(jīng)實際測風和復核，發(fā)現(xiàn)微觀選址后部分機位相對可研風速降低，但2013年底云陽項目所需安裝的WT2000/93風機機型的基礎(chǔ)已全部澆筑完成。鑒此，工程建設單位決定根據(jù)風資源的實際情況配置更優(yōu)的同機型風電機組，達到提高發(fā)電效益目的。

經(jīng)與項目勘測設計研究院溝通，在現(xiàn)有工況和現(xiàn)場條件下，首先對葉片選型變更方案的可行性、安全性和經(jīng)濟性進行復核論證，并且對同型號風機100葉片在基礎(chǔ)、機位、塔筒設備不變的情況下進行機型的適應性的復核論證工作。文章比選機型為WT2000/93型風電機組與WT2000/100型風電機組。

1 風資源情況介紹

依據(jù)云陽風電場項目勘測設計院提供的風能資源報告得知風資源數(shù)據(jù)如下：

（1）空氣密度：風電場現(xiàn)場空氣密度1.196kg/m3。

（2）湍流強度：場區(qū)50m高度以上的湍流強度在0.1103～0.01210之間，屬于中等水平；平均風速為15m/s時，湍流強度在0.0813～0.0891之間，低于IECC類（0.12）。

（3）50年一遇最大風速：本地區(qū)輪轂高度50年一遇最大風速在標準空氣密度下為35.0～37.1m/s。

（4）兩年后經(jīng)測風復核，所安裝機位（80m輪轂高度）的年平均風速：測風塔由可研階段測量的6.9米降低為6.6米，其中變化較大的7臺機位可研階段測量結(jié)果由平均6.42米降低到平均6.157米。

2 比選機型技術(shù)特性參數(shù)

WT2000/93型風電機組：單機容量為2000kW，輪轂高度為80m，轉(zhuǎn)輪直徑為93m，功率調(diào)節(jié)為變槳變速，切入風速3m/s，切出風速20m/s；WT2000/100型風電機組單機容量為2000kW，輪轂高度為80m，轉(zhuǎn)輪直徑為100m，功率調(diào)節(jié)為變槳變速，切入風速3m/s，切出風速20m/s，湍流強度I15（15m/s）為0.16。

3 比選機型推力系數(shù)（現(xiàn)場空氣密度1.196kg/m3）參見表1。

由上述可知，在云陽風電場湍流較小、極大風速可控的條件下，云陽風電場的風資源適用于100風輪直徑的同機型風電機組。

4 技術(shù)經(jīng)濟比較

不同機型各機位的尾流影響折減系數(shù)均未超過10%。WT2000/100機型設計年平均風速為6.5m/s，各機位均滿足要求。且WT2000/100機型平均每臺年上網(wǎng)電量比WT2000/93增加42萬千瓦時，等效滿負荷年利用小時數(shù)增加209h，增幅約12%。

5 載荷驗證及安裝場地說明

本機型載荷采用包絡式載荷設計，即不同葉片不同工況下載荷計算比較，設計值取其大者，經(jīng)進行現(xiàn)場工況下的校核計算，校核結(jié)果滿足云陽項目現(xiàn)場的工況要求。由于比選機型的塔筒設備的配置完全一致，且兩機型輪轂高度均為80m，安裝時起吊高度要求一致，安裝場地要求基本不變。

6 結(jié)束語

經(jīng)過從葉片選型變更方案的可行性、安全性和經(jīng)濟性多方面論證，綜合考慮風電機組的發(fā)電量及投資，將WT2000/93更換為WT2000/100，年上網(wǎng)電量增加約12%，而單位千瓦靜態(tài)投資的增幅約1.9%。無論從發(fā)電效率，還是從經(jīng)濟性角度看，WT2000/100均優(yōu)于WT2000/93，風資源利用效果顯著改善，同時可以有效降低工程造價，為推動風電有效開發(fā)、可持續(xù)發(fā)展提供成功的借鑒案例。