風(fēng)電場綜合廠用電率計(jì)算分析

王利靜　楊靜坤　王利書

摘要：綜合廠用電率是風(fēng)力發(fā)電企業(yè)主要的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。文章結(jié)合某風(fēng)力發(fā)電場綜合廠用電的實(shí)際情況，從影響綜合廠用電的主要因素出發(fā)，分析計(jì)算了廠用電率，意在尋求降低綜合廠用電率的有效途徑，這對風(fēng)電場節(jié)能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；綜合廠用電率；電力損耗；風(fēng)力發(fā)電企業(yè)；節(jié)能 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）34-0118-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.058

1 概述

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種極具利用潛能的可再生能源發(fā)電技術(shù)。風(fēng)能本身不含任何污染物，是一種清潔原料，在風(fēng)電生產(chǎn)過程中也不產(chǎn)生任何污染物，而且風(fēng)力資源的分布又遍及世界各地，是一種可再生能源，因此風(fēng)電場發(fā)展前景十分廣闊。建設(shè)風(fēng)電場主要是為了提高發(fā)電量及具有良好的發(fā)電效益，因此風(fēng)電場對于節(jié)能降耗的管理工作愈加重要。綜合廠用電率是風(fēng)力發(fā)電企業(yè)主要的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，也是發(fā)電集團(tuán)開展對標(biāo)管理的主要指標(biāo)之一，因此加強(qiáng)綜合廠用電率分析，有效減少場用電量消耗，降低綜合廠用電率，在用電日趨嚴(yán)重的今天顯得尤為重要。綜合廠用電率是發(fā)電生產(chǎn)過程中設(shè)備設(shè)施消耗的電量占發(fā)電量的比例。本文通過對某風(fēng)電場的用電率進(jìn)行計(jì)算分析，探尋用電率偏高的原因，并提出可行的措施和建議。

2 基本情況

本風(fēng)電場風(fēng)機(jī)有兩種型號，一期安裝33臺聯(lián)合動(dòng)力發(fā)電機(jī)組，二期安裝33臺金風(fēng)科技發(fā)電機(jī)組，該風(fēng)電場自投運(yùn)以來，各設(shè)備運(yùn)行基本正常，但用電率指標(biāo)偏高，為了尋找原因，我們對影響用電率的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算。本風(fēng)電場綜合廠用電率為綜合廠用電與風(fēng)機(jī)發(fā)電量的比值。綜合廠用電計(jì)算為：風(fēng)機(jī)發(fā)電量-主變低壓側(cè)上網(wǎng)電量+站用電+主變損耗的80%。風(fēng)電場廠用電損耗包括風(fēng)機(jī)機(jī)組損耗、箱變損耗、電力電纜損耗、架空線路損耗、主變損耗和站用電。按額定容量來估算風(fēng)電場年損耗電量，根據(jù)本風(fēng)電場可行性研究報(bào)告知，風(fēng)機(jī)年平均利用小時(shí)數(shù)為2114h。按年平均利用小時(shí)數(shù)為2114h計(jì)算年損失電量。

3 用電率計(jì)算分析

風(fēng)電場是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、架空線及箱變、升壓站內(nèi)設(shè)備三部分設(shè)備組成。從負(fù)載上來看，風(fēng)電場廠用電和有功損耗主要有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自用、輸電線路損耗、變壓器及站用變用電，因此將綜合廠用電分析分為以下四部分：

3.1 一期33臺聯(lián)合動(dòng)力機(jī)組耗電量分析

聯(lián)合動(dòng)力機(jī)組耗電量包括風(fēng)力機(jī)組損耗、箱變損耗、電纜損耗和線路損耗。

本風(fēng)電場聯(lián)合動(dòng)力風(fēng)機(jī)部件消耗功率統(tǒng)計(jì)見表1。

風(fēng)機(jī)有風(fēng)發(fā)電時(shí)耗電元件有齒輪箱油泵（6kW）、發(fā)電機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇（5.5kW）、發(fā)電機(jī)外部風(fēng)扇（4.75kW）、齒輪箱換熱器風(fēng)扇（3kW）。則聯(lián)合動(dòng)力單臺機(jī)組有風(fēng)發(fā)電消耗功率為：

P1=6+5.5+4.75+3=19.25kW

冬季風(fēng)機(jī)加熱耗電元件為機(jī)艙加熱器（20kW）、變流器控制電和加熱（5kW）、塔底柜加熱器（1kW）。則單臺機(jī)組冬季消耗功率為：

P2=20+5+1=26kW

又冬季無風(fēng)時(shí)發(fā)電機(jī)加熱器（1.5kW）、齒輪箱油加熱器（3kW）工作，單臺機(jī)組消耗功率為：

P3=1.5+3=4.5kW

由表2和表3分析，70m高年有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)占全年的51.67%～61.92%。風(fēng)速的季節(jié)變化以5、6、7、8、9、10、11月為大，12、1、2月為小，則：一年內(nèi)風(fēng)機(jī)有風(fēng)發(fā)電時(shí)間為：4526.43～5424.56h，取有風(fēng)發(fā)電時(shí)間為5000h。實(shí)際年累計(jì)滿負(fù)荷時(shí)間為：447.59～591.91h，取年累計(jì)滿負(fù)荷時(shí)間為500h。

結(jié)合風(fēng)機(jī)各部件消耗功率得風(fēng)機(jī)年耗電量見表5。

3.2 二期33臺金風(fēng)科技機(jī)組耗電量分析

金風(fēng)科技機(jī)組耗電量包括風(fēng)機(jī)損耗、箱變損耗、電纜損耗和線路損耗。

本風(fēng)電場金風(fēng)科技風(fēng)機(jī)部件消耗功率統(tǒng)計(jì)見表4。

因?yàn)殡娏坎杉恢貌煌痫L(fēng)科技風(fēng)機(jī)在有風(fēng)發(fā)電時(shí)不采集功率損耗，即金風(fēng)科技風(fēng)機(jī)只在不發(fā)電時(shí)有功率損耗。

夏季不發(fā)電時(shí)風(fēng)機(jī)散熱耗電元件為IGBT冷卻風(fēng)扇（8kW）、電容器冷卻風(fēng)扇（3kW）、塔底冷卻風(fēng)扇（4kW）。則單臺機(jī)組消耗功率為：

P1=8+3+4=15kW

又冬季無風(fēng)時(shí)機(jī)艙加熱器（0.03kW）、塔底加熱器（0.8kW）工作，單臺機(jī)組消耗功率為：

P2=0.03+0.8=0.83kW

根據(jù)風(fēng)資源數(shù)據(jù)分析得到的典型年2009及2010年發(fā)電時(shí)間匯總表（表2和表3），結(jié)合風(fēng)機(jī)各部件消耗功率得該機(jī)組年耗電量見表5。

3.3 升壓站主變壓器耗電量分析

3.3.1 主變空載損耗為：

3.3.2 主變負(fù)載損耗為：（變壓器容量比為100/50/100）即主變額定容量為180MVA，高壓側(cè)為180MVA，中壓側(cè)為90MVA，低壓側(cè)為180MVA。負(fù)載損耗為：

Pk1-2=150.3kW

Pk1-3=513.8kW

Pk2-3=129.8kW

3.3.3 折算到變壓器額定容量的損耗值為：

各側(cè)繞組的損耗為：

3.3.4 折算到各側(cè)的損耗為：

3.3.5 單臺變壓器的年耗電量為：

3.3.6 變壓器損耗的80%為綜合廠用電損耗，即：

3.4 升壓站站用電量分析

考慮到冬季電采暖損耗和夏季的空調(diào)損耗，根據(jù)1月和7月的日用電量估算一年內(nèi)站用電為：

3.5 綜合廠總用電分析

根據(jù)上述計(jì)算得到本風(fēng)電場綜合廠總用電分析如表5所示，主要耗電指標(biāo)為一期33臺聯(lián)合動(dòng)力機(jī)組的風(fēng)力機(jī)組損耗，占25.54%，二期金風(fēng)科技機(jī)組相比一期聯(lián)合動(dòng)力機(jī)組，風(fēng)機(jī)耗電大大降低，用電量僅占2.33%，并且其他指標(biāo)耗電量與一期基本相同；其次為電纜用電，一期和二期分別占13.69%和13.68%，第三為線路損耗，一期和二期分別占10.87%和10.97%。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 綜合廠用電率

4.1.1 根據(jù)風(fēng)資源數(shù)據(jù)分析，本風(fēng)電場年平均利用小時(shí)數(shù)為2114h。則66臺風(fēng)機(jī)年發(fā)電量為：

。

4.1.2 風(fēng)電場綜合廠用電為：

4.1.3 綜合廠用電率為：

該指標(biāo)高于一般指標(biāo)要求范圍（2.04%～5.79%），說明需要對各耗電指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，來降低綜合廠用電率。

4.2 降低綜合廠用電率的措施及建議

4.2.1 減少發(fā)電機(jī)組損耗。根據(jù)上述分析，兩期66臺發(fā)電機(jī)組的損耗占用電量的大部分，尤其是一期33臺聯(lián)合機(jī)組的用電量最大，我們需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況優(yōu)化程序參數(shù)，盡量縮短各用電設(shè)備的工作時(shí)間和啟停次數(shù)，從而達(dá)到減少風(fēng)機(jī)自用耗電的目的。具體措施有：根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定冷卻裝置和加熱器裝置的啟停及工作；偏航系統(tǒng)參數(shù)修改，減少電機(jī)的啟停次數(shù)；修改風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速；提高電壓來降低輸電線路損耗；改變風(fēng)電機(jī)組電量計(jì)量點(diǎn)，將計(jì)量點(diǎn)從風(fēng)機(jī)發(fā)電側(cè)改為風(fēng)機(jī)出口側(cè)，風(fēng)機(jī)發(fā)電過程中損耗不計(jì)入統(tǒng)計(jì)，從而降低廠用電率。

4.2.2 減少變壓器和站用電量。變壓器不平衡度越大損耗也越大，因此一般要求變壓器低壓側(cè)電流的不平衡度不得超過10%，低壓干線及主要支線始端的電流不平衡度不得超過20%。提高功率因素和降低變壓器運(yùn)行溫度的措施可提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。變壓器鐵損和銅損隨著電壓的變化而變化，在滿足電網(wǎng)電壓的前提下，進(jìn)行優(yōu)化選擇變壓器檔位，盡可能維持高電壓，可降低變壓器損耗。站用電量調(diào)整的空間不大，如果能及時(shí)關(guān)燈、合理控制電采暖和水加熱器、少開空調(diào)和大功率電器等節(jié)能降耗措施，也能適度降低綜合用電量。

5 結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)際，對風(fēng)電場綜合廠的用電率進(jìn)行了計(jì)算分析，并提出了相應(yīng)的降低用電率的措施和建議，希望能對其他風(fēng)電場降低廠用電提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉寶蘭，文華里.世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與前景[J].能源工程，2000，（4）.

[2] 羅承先.世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與前景預(yù)測[J].中外能源，2012，（3）.

[3] 王維，王劍峰.風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].黑龍江科技信息，2014，（36）.

[4] 張衛(wèi)東.風(fēng)力發(fā)電場綜合廠用電率分析[J].科技與展望，2016，（15）.

[5] 李軍軍，吳政球，譚勛瓊，等.風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述[J].電力建設(shè)，2011，32（8）.

[6] 姚興佳，張煒華.風(fēng)力發(fā)電及其節(jié)能效應(yīng)[J].中國能源，1996，（6）.

[7] 魏偉，許勝輝.風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)技術(shù)綜述[J].微電機(jī)，2009，42（4）.

[8] 陳鳴，楊剛.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].電力學(xué)報(bào)，2008，23（4）.

[9] 龍德海.降低感城風(fēng)電場綜合損耗的探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，（13）.

[10] 李銳，趙瑞忠.淺議降低發(fā)電廠綜合廠用電率的途徑[J].中國電力教育，2007，（S4）.

[11] 莫成，王金龍，王驍，等.如何降低風(fēng)電場場用電率分析[J].中國科技信息，2015，（5）.

[12] 宋宗沛.降低年度綜合廠用電率[J].科技風(fēng)，2016，（1）.

[13] 王哲峰，王珊珊.降低風(fēng)電場綜合廠用電率的探討

[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2012，（3）.

[14] 張衛(wèi)東.降低綜合廠用電率提升發(fā)電效益[J].科學(xué)中國人，2016，（15）.

作者簡介：王利靜（1985-），女，河北邯鄲人，供職于新疆龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，研究方向：風(fēng)電技術(shù)。

（責(zé)任編輯：王 波）