低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源開(kāi)發(fā)分析

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410014)

低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源開(kāi)發(fā)分析

康家瑞

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長(zhǎng)沙410014)

“低風(fēng)速地區(qū)”在國(guó)內(nèi)一般被認(rèn)為是國(guó)家氣象局發(fā)布的風(fēng)能三級(jí)區(qū)劃指標(biāo)體系中的第三級(jí)區(qū)域，即風(fēng)速在6到8米/秒之間，年利用小時(shí)數(shù)在2000小時(shí)以下的風(fēng)電開(kāi)發(fā)地區(qū)。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)可用的低風(fēng)能資源面積約占全國(guó)風(fēng)能資源面積的68%左右。在風(fēng)能資源較好地區(qū)的風(fēng)電開(kāi)發(fā)趨于飽和的背景下，低風(fēng)速區(qū)風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)逐漸引起各方關(guān)注。加快低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)和利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)2020年可再生能源目標(biāo)具有重要的意義。本文以國(guó)內(nèi)首個(gè)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)為例進(jìn)行分析，總結(jié)了低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行規(guī)律和特點(diǎn)，以期為我國(guó)低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提供借鑒。

低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng);風(fēng)資源開(kāi)發(fā)

一、前言

隨著全球化石能源(煤，石油，天然氣等)逐漸短缺和日益嚴(yán)峻的氣候變化形勢(shì)，風(fēng)能作為綠色高效的可再生能源一直受到世界各方的關(guān)注。目前，中國(guó)的風(fēng)能發(fā)展主要集中在風(fēng)能資源豐富的高風(fēng)速區(qū)域，高風(fēng)速地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)受到資源、規(guī)模等因素的限制，在不少省(市、自治區(qū))以期為我國(guó)低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提供借鑒。

二、低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

相比歐洲而言，美國(guó)、日本和我國(guó)的風(fēng)力資源都具有年平均風(fēng)速較低的特點(diǎn)。美國(guó)于2002年就已經(jīng)開(kāi)始低風(fēng)速風(fēng)電開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究，并計(jì)劃到2012年把陸上風(fēng)力發(fā)電的成本降到3美分/kWh。目前，我國(guó)對(duì)低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)投入力度不斷增加，并且應(yīng)用了一系列技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了改進(jìn)。對(duì)風(fēng)電機(jī)組的改進(jìn)主要是通過(guò)加大風(fēng)輪直徑來(lái)降低發(fā)電成本，低風(fēng)速風(fēng)電開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是提高風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速環(huán)境下的風(fēng)能利用率、降低發(fā)電成本。因此，高效、低成本的低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組是低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用成敗的關(guān)鍵。

目前，全國(guó)所謂“低風(fēng)速地區(qū)”，約占全國(guó)風(fēng)能總面積的50%。與風(fēng)速較高的地區(qū)相比，低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)地區(qū)風(fēng)力發(fā)電具有以下優(yōu)勢(shì)；(1)可開(kāi)發(fā)的面積大，發(fā)展?jié)摿薮?(2)靠近負(fù)載中心，沒(méi)有遠(yuǎn)距離傳輸，運(yùn)輸成本低。(3)低風(fēng)速風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)成本低，電費(fèi)低廉，發(fā)電廠運(yùn)行的成本將隨低風(fēng)速風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)成本的降低而降低。

三、低風(fēng)速平原風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)案例分析

河南省安陽(yáng)市湯陰縣地處北暖溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，并有山地向平原過(guò)渡的地方特征，氣候溫和、日照充足，雨量集中，四季分明，其特點(diǎn)是：春季干旱，回暖快；夏季炎熱，雨量多；秋季涼爽，雨量適中；冬季寒冷少雨雪。湯陰風(fēng)電場(chǎng)一期工程位于黃河西岸平原區(qū)域。全縣年平均氣溫13.8℃，平均無(wú)霜期200天，平均日照時(shí)間2525.7h，日照率57%，平均降水量為581.5mm，平均相對(duì)濕度66%。安陽(yáng)湯陰風(fēng)電場(chǎng)一期工程位于河南省安陽(yáng)市湯陰縣西部，風(fēng)電場(chǎng)至安陽(yáng)市公路里程約27km，場(chǎng)址范圍總面積約35km2，場(chǎng)內(nèi)海拔高度在90m～190m之間。

現(xiàn)階段收集到了湯陰氣象站近35年歷年平均風(fēng)速的變化情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 湯陰氣象站歷年年平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)成果表

注：統(tǒng)計(jì)時(shí)段為每年的1月至12月，測(cè)風(fēng)代表年為2015年一個(gè)自然年。

(一)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行分析

該縣低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)自投產(chǎn)以來(lái)，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。2012年1月到12月，風(fēng)電機(jī)組全場(chǎng)平均可利用率高達(dá)98.78%，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，故障率較低，發(fā)電設(shè)備裝機(jī)平均等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)和平均凈工作小時(shí)數(shù)與可行性研究報(bào)告的理論數(shù)據(jù)基本持平，該電廠綜合用電率為2.46%。風(fēng)電場(chǎng)選用兩個(gè)廠家的風(fēng)電機(jī)組，一、二、三、五期采用A公司A87/1500機(jī)組，四期采用B公司B86/15機(jī)組。

該縣的低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)采用先進(jìn)的流體計(jì)算技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)化氣動(dòng)控制技術(shù)，風(fēng)流信息共享技術(shù)，風(fēng)電場(chǎng)各種測(cè)量信息云服務(wù)，并采用云中心強(qiáng)大的計(jì)算能力來(lái)計(jì)算流場(chǎng)的未來(lái)流量，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)各單位的最優(yōu)設(shè)定點(diǎn)，然后將設(shè)定點(diǎn)發(fā)送到各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率達(dá)到最佳發(fā)電功率值。

另外，該技術(shù)是基于實(shí)際發(fā)電量和模型偏差的計(jì)算，來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算所采用的模型，改進(jìn)模型存在的不確定的因素來(lái)控制誤差，達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)的最優(yōu)輸出。在突發(fā)的情況下，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)可能會(huì)超速停機(jī)，結(jié)果是風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定。風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制技術(shù)采用風(fēng)電場(chǎng)的最佳風(fēng)力捕獲算法，提前調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，最大限度地提高風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的能量，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大輸出量，保證每個(gè)單位的極限載荷不超過(guò)預(yù)測(cè)的范圍。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)家能源局正在會(huì)同相關(guān)部門加緊風(fēng)電接入電網(wǎng)和市場(chǎng)消納研究，其中就著重提出低風(fēng)速風(fēng)電開(kāi)發(fā)和電網(wǎng)消納問(wèn)題。可以肯定，未來(lái)我國(guó)將加大這些低風(fēng)速地區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模，作為大風(fēng)電基地之外風(fēng)電開(kāi)發(fā)格局的有效補(bǔ)充。

[1]張清清,李海波,李品.低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源開(kāi)發(fā)分析[J]. 西北水電, 2014(2):93-95.

康家瑞(1985-12)男本科工程師主要從事風(fēng)資源及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工作。