风力发电机组选型、布置及风电场发电量估算(切吉二期)

1、7 风电机组选型、布置及风电场发电量估算青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7 风电机组选型、布置及风电场发电量估算 7.1 风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件制约。在技术先进、运行可靠、满足国产化的前提下，应根据风电场风况特征和风电机组的参数，计算风电场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。7.1.1 建设条件切吉风电场二期工程场址海拔高度在3150m3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，多年平均空气密度为0.885kg/m3，应选择适合高海拔地区的风机；该风电场场址地处柴达木盆地东北边缘，地貌类型以山前倾斜平原

2、的戈壁滩为主，地形平坦，地势开阔，便于风机安装；场址北距青藏公路（109国道）3.2km，交通便利，施工条件较好，可通过简易道路运输大型设备。根据0622#测风塔 2006.11.12008.10.31 测风数据计算得到风电场场址80m高度风功率密度分布如图7.1所示。图中用颜色深浅表示风能指标高低，颜色越深风能指标越好，颜色越浅风能指标越差。由图7.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据0622#测风塔风能资源计算结果，本风电场主风向和主风能方向基本一致，以西西北（WNW）和西（W）风的风速、风能最大和频次最高。80m高度风速频率主要集中在1.0 m/s9.0m/s

3、,无破坏性风速，全年均可发电。80m高度年平均风速为6.54m/s，年平均风功率密度为309.0W/m2，年有效风速（3.0m/s20.0m/s）利用时数分别为6900h。用WASP9.0程序进行曲线拟合计算，得到0622#测风塔80m高度年平均风速为6.65m/s,平均风功率密度为319W/m2；50m高度年平均风速为6.31m/s,平均风功率密度为275W/m2；30m高度年平均风速为6.03m/s,平均风功率密度为236W/m2；10m高度年平均风速为5.27m/s,平均风功率密度为165W/m2。根据风电场风能资源评估方法判定该风电场风功率密度等级接近3级。由茶卡气象站30年资料推算推

4、算至风力发电机组轮毂69m、70m、80m高度50年一遇最大风速分别为32.81m/s、32.86m/s、33.3m/s（切变指数取0.10），均小于37.5m/s。50m 70m高度湍流强度值小于0.12，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)标准判定该风电场可选用适合IECIIIc级及其以上安全标准的风机。 图7.1 切吉风电场二期80m高度风功率密度分布图7.1.2 机型选择根据本风电场建设条件，该风电场场址海拔高度在3150m3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，存在电机绝缘和散热等问题。经调研国内适合高海拔地区的风机制造厂家，本次初选南车时代WT88-150

5、0kW、金风科技GW87-1500kW、东汽FD93E-1500kW、湖南湘电XE93-2000kW和上汽W105-2000kW风机进行了比较。机型特征参数如下：叶 片 数： 3片额定功率： 1500kW、2000kW风轮直径： 87105m切入风速： 33.5m/s切出风速： 20m/s25m/s额定风速： 11.513m/s安全风速： 52.5m/s轮毂高度： 6980m根据切吉风电场风能资源特点，按照东西间距9D（D为叶片直径）、南北间距5D的原则进行布置，按风机厂提供的当地空气密度0.885kg/m3状况下功率曲线，采用WASP9.0软件分别计算各风电机组理论发电量和尾流影响后的发电量

6、，并按综合折减系数26%计算年上网电量，参照各风电机组的报价情况，对初选的5种机型分别进行了技术经济比较，结果见表7.1。表7.1 初选机型经济比较表序号项 目单位方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE93-2000W105-20001单机容量kW150015001500200020002台数台33333324243轮毂高度m70706980804叶片直径m888793931055总装机容量MW49.549.549.548486理论发电量万kW·h14249.814151.614070.812887.712909.17年上网电量万k

7、W·h9063.78978.58956.78237.08844.48年等效满负荷小时数h183118141809171618439工程静态投资万元39231.8140102.0540135.1238155.5738317.5110工程动态投资万元40189.2441080.7241114.6039086.7339252.6211主机综合(含运费)元/kW4730480048004750469012单位千瓦投资（静态）元/kW7925.628101.428108.107949.087982.8113单位千瓦投资（动态）元/kW8119.048299.148305.988143.0781

8、77.6314单位电度静态投资元/kW·h4.3294.4664.4824.6324.33115排序13452从表7.1可知，不同机型发电量差别相对较大，风电场年等效满负荷小时数从1716h到1843h不等。从表7.1中可知，方案5（W105-2000kW）单位电度静态投资较低，且市场占有率较高，因此本次设计以方案5（W105-2000kW）为推荐方案，即以24台上汽W105-2000kW机型为设计依据。7.1.3 风力发电机组的技术指标比较推荐方案主要技术参数见表7.2，各比选风力发电机功率参数、推力系数参数见表7.3，各比选风力发电机功率曲线、推力系数曲线见图7.2图7.3。表7

9、.2 推荐方案风机的主要技术参数表上汽项目 机型W105/20001. 转 轮直 径(m)105扫风面积(m2)8655风轮转速(r.p.m)对风方向上风向叶 片 数3功率调节方式变桨距切入风速(m/s)3切出风速(m/s)20额定风速(m/s)10极限风速(m/s)52.52. 发电机类 型双馈异步发电机额定功率(kW)2081输出电压(V)690转速范围9831983额定转速(r.p.m)1812功率因素0.95（感性）0.95（容性）防护等级IP54绝缘等级F7-10表7.3 比选风力发电机功率曲线及推力系数曲线表（密度0.885kg/m3）WT88-1500kWGW87-1500kWF

10、D93E-1500kWXE93-2000kWW105-2000kW风速m/s功率kW推力系数风速m/s功率kW推力系数风速m/s功率kW推力系数风速m/s功率kW推力系数风速m/s功率kW推力系数3.5370.99033191.05563300325.14290.88490239.70.9664670.90384720.838543.5170.92493.546.57650.8085413.530.90.9174.51050.833651480.805454460.848485.25220.738037484.50.87651490.77262620.805424.5840.77744.512

11、5.0820.7321754.5134.70.8155.52010.76374210.8053851270.74195170.7580.7324445193.30.77762640.763686330.805395.51810.74755.5227.5040.7324815.5264.20.7776.53390.764298980.7629762450.75056300.5150.732476351.30.77774260.76461011760.684776.53220.75346.5382.4270.732626.5453.20.7777.55260.76511114570.6132374

12、140.7567476.3050.7325347573.40.77786350.76351215000.428727.55200.75787.5585.2940.7325887.5711.60.7778.57540.73771315000.3227886440.75898710.1060.7323998876.30.77798830.70331415000.252738.57790.74748.5852.320.7325678.51054.10.7779.510150.67061515000.2032399200.7133910130.732614912490.7471011510.63871

13、615000.166819.510710.68189.51176.510.7325949.51450.40.71310.512880.6071715000.139021012200.6465101367.270.7326011016450.681114230.57521815000.1174510.513590.608410.51571.760.73261910.517850.64711.515440.54251915000.100411114830.5695111779.160.710361118740.591215440.44372015000.0867811.515000.48111.5

14、1939.030.68575411.519350.47912.515440.38182115000.075651215000.4066122004.940.6005391219710.4091315440.33312215000.0665112.515000.351212.520100.49839812.519900.35513.515440.29321315000.30681320100.4288331320000.311415440.260313.515000.27091420100.33037213.520000.27614.515440.23271415000.2411520100.2

15、636021420000.2451515440.209314.515000.21581620100.21489714.520000.21815.51544019431720100.1783751520000.1961615440.171615.51500015027815.520000.17916.51544015971920100.1281391620000.1631715440.14316.51500011047416.520000.14917.51544013

16、332120100.0961361720000.1351815440.120817.515000.12252220100.08436117.520000.12518.515440.11151815000.11292320100.074571820000.1161915440.103218.515000.10442420100.06636118.520000.10719.515440.09581915000.09682520100.0594141920000.0992015440.089219.515000.089919.520000.09320.515440.08312015000.08382

17、020000.0862115440.077620.515000.078321.515440.07272115000.07322215440.068221.515000.068722.515440.06412215000.06452315440.060422.515000.060723.515440.05692315000.05722415440.053823.515000.05424.515440.05082415000.05112515440.048224.515000.04842515440.03682515000.0459图7.2 初选风力发电机功率曲线（密度0.885kg/m3）图7.

18、3 初选风力发电机推力系数曲线（密度0.885kg/m3）7.2 风电场总体布置7.2.1 风电机组布置原则(1) 根据本风场风向和风能特点，使每台风机垂直于主风能方向布置，以便使风能利用率达到最大；(2) 充分利用风电场的土地和地形，经多方案详细比较，恰当选择机组之间的行距和列距，使风机间距满足发电量较大，尾流影响较小；(3) 充分考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求使架空线路长度最短，修建道路投资最少，同时要满足运输和安装方便条件；(4) 不宜过分分散，以便于管理，节省土地，充分利用风力资源。7.2.2 风电机组布置 风电场场址为戈壁荒滩，地势平坦，主风向和最大风能密度的方向基本一

19、致，盛行风向稳定，所以风机排列方式采用风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，后排风机位于前排2台风机之间，呈梅花型布置。根据切吉风电场一期工程设计经验，本风电场常年风向和主风能方向为西（W）风。切吉二期风电场采用垂直于西风、5D（南北间距）×9D（东西间距）布置方案。具体机位可根据实际地形进一步优化。推荐方案上汽W105-2000机型叶片长度为105m，风机南北间距525m，东西间距945m。7.3 风电场年上网电量估算 (1)理论年发电量计算根据0622#测风塔完整两年风速资料、风机布置方案及1:50000地形图，采用各机型当地空气密度为0.885kg/m3的功率曲线

20、和推力系数曲线，利用WASP9.0软件进行发电量计算，得到风机的理论年发电量和风机尾流干扰后的年发电量。（2）风电机组利用率根据目前不同风电机组的制造水平和本风电场的实际条件，本次设计风机可利用率采用95%。（3）风电机组功率曲线保证率本次在计算发电量时采用当地空气密度0.885kg/m3下风电机组功率曲线。本风电场为高原型风电场，本次功率曲线的保证率取94%。（4）控制与湍流影响折减当风向发生转变时，风机的叶片与机舱也逐渐随着转变，但实际运行中的发电机组控制总是落后于风的变化，因此在计算电量时要考虑此项折减。本风电场湍流强度值小于0.12，湍流强度较小。本风场此两项折减系数取4%。（5）叶片

21、污染折减叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动特性下降。考虑本风场风沙较大，叶片污染折减系数取1%。（6）气候影响停机因此根据本风场的气候特性，参考其他工程取气候影响停机折减系数取3%。（7） 场用电、线损及电网波动等能量损耗初步估算场用电和输电线路、箱式变电站损耗和电网波动占总发电量的5%。（8） 其它因素影响考虑风电场运行中遇到一些其它的影响因素，暂按2%考虑。经过以上综合修正后，切吉风电场二期初选风力发电机的年上网电量及年利用小时数成果见表7.4。表7.4 初选机型发电量计算比较表机 型项 目方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE

22、93-2000W105-2000单机容量（kW）15001500150020002000本期工程机组台数（台）3333332424轮毂高度（m）7070698080本期工程总装机容量（MW）49.549.549.54848理论发电量（万kW·h）14249.814151.6 14070.8 12887.7 12909.1上网电量（万kW·h）9063.78978.58956.78237.08844.4年等效满负荷利用小时数（h）18311814180917161843容量系数0.2090.2070.2070.1960.210由表7.4可看出，推荐方案（上汽W105-2000

23、kW）年上网电量为8844.4万kW·h，年等效满负荷小时数为1843h，容量系数为0.21。推荐方案单机发电量计算表见表7.5。项目威布尔参数平均风速理论发电量扣除尾流影响发电量利用率折减功率曲线折减控制与湍流影响折减气候影响折减叶片污染折减损耗及场用电折减其它因素影响折减年利用小时数AK/5%6%4%3%1%5%2%/单位m/s/m/s万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h万kW.h小时17.21.66.59536.3508.5483.1452.6432.3417.0411.9386.5376.3188227.21.66.59536.65

24、02.8477.6447.5427.4412.3407.2382.1372.0186037.21.66.59537.4499.2474.3444.3424.3409.4404.4379.4369.4184747.21.66.6537.8496.1471.3441.6421.7406.8401.9377.1367.1183657.21.66.59536.3492.1467.5438.0418.3403.6398.6374.0364.2182167.21.66.59536.9491.6467.0437.5417.8403.1398.2373.6363.8181977.21.66.56532.748

25、8.2463.8434.5415.0400.3395.5371.0361.3180687.21.66.56533.3494.0469.3439.7419.9405.1400.1375.4365.6182897.21.66.59535.9509.4483.9453.4433.0417.7412.6387.1376.91885107.21.66.61539.0503.0477.8447.6427.5412.4407.4382.2372.21861117.21.66.61539.0496.2471.4441.7421.8406.9402.0377.1367.21836127.31.66.6537.7490.6466.0436.6417.0402.3397.3372.8363.01815137.31.66.6537.9489.0464.5435.2415.6401.0396.1371.6361.81809147.31.66.62541.0491.4466.8437.3417.7402.9398.0373.5363.61818157.21.66.64542.8494.4469.7440.0420.2405.4400.4375.7365.818