低風速風電場開發的技術支持及實際應用

李 斌，侯英俊

(遼寧大唐國際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

低風速風電場開發的技術支持及實際應用

李 斌，侯英俊

(遼寧大唐國際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110001)

通過一座典型96 MW低風速風電場實際運行數據分析，探討提高低風速風電場發電能力的可行性,制定針對性開發方案,優化機組排列方式，提高經濟效益,重視前期開發中主機選型及機組布置，提升風資源較差風電場的風能利用率，深化微觀選址技術在低風速風電場中的應用。

低風速；尾流；風電場；微觀選址；影響因素；利用小時數

Abstract: Through the analysis of the actual operation data of a typical 96 MW low wind speed, it discusses low wind speed wind farm feasibility of improving power generation capacity.It develops targeted development plan and optimizes the arrangement of unit to improve economic efficiency.It pays attention to the early development of host selection and improves the wind resource poor of wind energy utilization in order to deepen the application of micro-location selection technology in low wind speed.

Keywords：low wind speed; wake; wind farm; micro-location selection; influencing factors; utilization hours

低風速風電場的微觀選址技術主要通過建立風場模型確定每臺風機位置及風場陣列的排布方式。在風資源條件較差的地區，要求充分了解場區的地貌和風況特征，選擇最為適合的風力發電機組進行逐臺移位對比，通過部分采取增大葉輪和提高塔筒高度的物理方式，研究大葉片帶來的葉片柔性、葉尖高速等影響，保持風機長時間運轉在低風速狀態下[1-3]。本文重點調研實測投產風電場運行數據，以實際產能數據為例，分析微觀選址技術在低風速風電場應用中的價值和意義，制定針對性技術方案，為后續項目開發增加經濟效益，同時注重風機排布方式，盡量減少尾流等因素影響。

1 法庫某96 MW風電場資源情況概述

某風電場始建于2012年,容量96 MW,分2期項目建設，風電場中心場址坐標為東經123°20′14″,北緯42°19′55″,場區面積約27.98 km2，海拔在102～178 m。風電場代表年測風塔70 m年平均風速為6.10 m/s，風功率密度為301 W/m2，推算至80 m輪轂高度處風速為6.21 m/s，風功率密度為329 W/m2,風能主要集中在SSW和SW區間，占總風能的48.5%。70 m高度50年一遇最大風速取35.4 m/s，極大風速取50.1 m/s。65 m高度Weibull特征參數：A=7.4，K=2.40，屬于2級風電場。該項目1期采用80 m塔筒，93 m直徑葉片的某風機廠家2 000 MW機型，綜合折減系數為31.9%，目前1期風場已投產，年發電量約為12 228萬kWh，等效利用小時數約為2 548 h；2期采用85 m塔筒，104 m直徑葉片的某風機廠家2 000 MW機型，綜合折減系數為32.4%，2期項目工程建設正在吊裝期。

2 低風速風電場微觀選址技術方案應用實例分析

在低風速地區進行的風資源開發應特別注重風能資源的利用情況，而低風速需要更大的截取面積，轉換設備功率的增大也會增加風電場的建設成本，注重低風速時段風電場出力的變化和風功率曲線與設計值的一致性。能否準確評估機組的設計參數和風資源情況對低風速風電場開發意義重大，影響低風速風電場發電能力的主要因素主要有：風能資源利用情況；風機微觀機位是否能夠保證風場處于低風速長時間運行發電狀態；風電機組尾流影響；設備招標機型；工程建設情況對于微觀選址機位的限制情況；前期測風階段測風塔對于整個風電場區域的代表性等。實際建設中風電機組機位還應考慮機組風況、海拔、輪轂高度處的湍流強度、入流角、主風向、周圍障礙物、地表粗糙度尾流影響等因素。該風電場微觀選址風機布置方案如圖1所示。

圖1 風電場微觀選址風機布置方案

以法庫某風場實際建設為例，該項目設計初期充分考慮微觀選址對風電場產能影響的重要性，對風資源情況、機組優化設計、主機選型、建設限制條件等情況了解透徹，綜合工程整體工程建設選用同塔雙回集電線路，大大降低工程費用。風電場單一從尾流相互影響的因素分析，風機平均尾流削減系數4.23%，系數較小，微觀選址技術的深入應用，對風機布置的每一點位反復推敲，選定后可建設范圍內不斷微調，保證所選機組位置使整個風場發電效益最佳，避免個別風機設置在兩山中間，造成山頂、山脊的優良資源閑置。各機組發電情況見表1、表2。

表1 1期風電場機組發電情況

續表

表2 2期風電場機組發電情況

表3 1期風電場歷年發電情況

參考風電并網運行技術[4-5]、規程及項目運行數據，該風電場風機布置方案均依照整體風場發電能力最高情況下的單臺風機，針對每臺風機的點位選取定制化方案，確保年平均風速6.21 m/s的風電場1期投產后的年平均利用小時數為2 548 h，屬于法庫區域內發電能力最高的風電項目。若該項目2期投產，效益可觀，2期憑借1期投產的升壓站和同塔雙回線路，降低工程造價，同時該項目2期主機塔筒高度和葉輪直徑都得到進一步拓展，根據該區域的風資源情況，增大葉片可有效提高發電量。為保證長期收益，不能只從本質上改變個別海拔較低區域風機產能低的狀態，未能達到新葉片重組后的功率曲線穩定區間,實際設計中還應采用低實度、高葉尖速比的設計方案，使用成熟翼型及主機型號還需配合風機點位調整最優方案，增大風能轉換能力,更好地滿足低海拔區域風機功率最佳發電區間，提升項目盈利空間。1期風機歷年發電量統計情況見表3。

通過投產風機歷年發電情況對比，各風機的累計發電量與微觀選址時測算整體趨勢相近，由于實際投產項目電量統計考慮到遼寧電網接納問題[6]，加之設備運行中的故障維護、檢修等電量損失因素。同時進行3個連續年同期數據比較分析，直驅機組在低風速區域項目中的優勢明顯，在法庫同等項目中年利用小時數排名前列，微觀選址技術在低風速風電場開發的應用顯著提升了風電場產能效益。

3 加強低風速風電場開發的建議

微觀選址技術在低風速風電場開發的應用可以有效降低工程造價，減小施工難度，有效提升整體收益。在低風速風電場工程開發過程中應該注重輪轂高度、葉輪直徑、傳動結構、葉片材質及主機類型等外在設備因素，更要注重微觀選址技術在低風速開發中的深入應用，充分考慮風電場自然環境、地理限制因素、風機尾流擾動、湍流強度、負切變及風機排列布置方式等，采用適用于本區域風資源特征的先進技術成熟機型，調整發電能力低的風機位置，確保全風場發電能力最佳，實時收集最新風資源數據，為后續風電場項目建設提供精準數據支持，后續風電場建設還應充分考慮已建項目，避免投產項目發電能力降低。

[1] 張 宇,張 華,歐海慶.SRTM數據在山地風電場風資源評估中的應用[J].中國電力,2015,60(3):122-126.

[2] 呂雪芹,余 志,鄧院昌.基于特征點修正的SRTM數據在風能資源微觀評估中的應用[J].測繪科學,2008,33(4):161-162.

[3] 郭 辰.風電場平均風速變化對利用小時數的影響研究[J].風能，2012,2(7):50-59.

[4] 張忠林,馮松起,馬宏偉.淺析遼寧地區風電對電網調度的影響[J].東北電力技術,2009,30(4):4-7.

[5] 賈書杰,徐建源,朱 鈺.風電場的功率波動對電網電壓穩定性影響研究[J].東北電力技術,2013,34(2):15-18.

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Technical Support and Practical Application for the Development of Low Wind Speed Wind Farm

LI Bin,HOU Yingjun

(Liaoning Datang International Renewable Power Limited Company,Shenyang,Liaoning 110001, China)

TM614

A

1004-7913(2017)07-0022-03

2017-04-24)

李 斌(1988)，男，學士，工程師，主要從事風電場微觀選址及電力設計工作。