2022风电场选址及运行维护

风电场选址及运行、维护风电场选址及运行、维护主要内容第一节 风能资源评估第二节 风电场风机选型和发电量估算第三节 风电场微观、宏观选址第四节 风资源评估常用软件介绍第五节 地形、气候对风电场的影响第六节 风力发电机组常见故障及维护第一节 风能资源的评估资料收集及分析从地方气象台收集气象、地理及地质数据资料。整理该地区10年以上（最好为30年）的风速、温度、气压平均值及极值，以及极端天气情况。风能资源普查分区以整理得到的气象数据为依据，按标准划可利用区。第一节 风能资源的评估风电场宏观选址根据风能资源普查结果并结合现场踏勘，对初选的风能可利用区的地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评估比较，结合选择最合适的区域。第一节 风能资源的评估风电场风况观测风气候。为满足微观选址对代表性风速和风向初选区域内树立不少于2行不短于1年的测风，内容包括风速、风向、温度、气压。测风仪应安装在测风塔的10m、30m、50m、70m高度甚至更高。第一节 风能资源的评估第一节 风能资源的评估风力发电机组微观选址在宏观选定的场址内，根据地形地第一节 风能资源的评估风能资源评估参数平均风速（年平均风速、极端风速）风廓线风功率密度风能密度主要风向年风能可利用时间湍流第一节 风能资源的评估平均风速依据该地区多年的气象站数据及测风塔一年的测风数据（每10分钟间隔的风速数据），计算得到年平均风速大于6m/s（合4级风）的地区才适合建设风电场。第一节 风能资源的评估极端风速风电行业表征极端风速的方式有最大风速和极大风速最大风速：给定时段10min内的平均风速的最大值。极大风速：给定时段内的瞬时（一般取3s均值）的最大值。风电行业最关心的时间段为50a，即通常所说的50a一遇。50年一遇极端风速是基于历史统计数据得出的一个统计数值这其中引入了概率的概念。 50年一遇是指可能发生，并不一定发生，当然也并不是一定不发生。第一节 风能资源的评估2.风廓线因为气体的粘性及地表的粗糙度的不同，风速沿高度方向是变化的，符合对数和指数分布规律。第一节 风能资源的评估风功率密度与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。它和空气密度和风速有关。风功率密度越高，该地区风能资源越好，风能利用率越高。第一节 风能资源的评估4.风能密度在设定时间段与风向垂直的单位面积中所具有的能量。第一节 风能资源的评估主要风向分布风向及其变化范围决定风电机组在风场中的确切的的出力。因此，主要盛行风向及其变化范围要准确。第一节 风能资源的评估年风能可利用时间指一年中风力发电机组在有效风速范围（一般取3-25m/s）内的运行时间。一般年风能可利用小时数大于2000h的地区为风能可利用区。第一节 风能资源的评估7.湍流短时间（风资源评估一般取10分钟）内的风速流动。湍流产生的原因：1）当空气流动时，由于地形差异造成的与地表的摩擦；2）由于空气密度差异和气温变化的热效应导致空气气团的垂直运动。第二节 风电场风机选型和发电量估算1 风力发电机组选型2 不同机型发电量估算3 不同机型综合经济比较4 机型选择推荐意见5 风电机组布置推荐方案1风力发电机组选型1.1 风能资源分析通过对测风塔的数据进行分析，得出代表年50m～80m。根据《风电场风能资源测量方法》（GB-T18710-2002）可以判断风功率密度等级，一般来说，风功率密度达到3级以上，风电场才有开发价值。各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向稳定风能资源的有效利用。根据风电场65～85m轮毂高度处50年一遇最大风速轮毂高度处15m/s风速区间的湍流强度择的风力发电机组类别。1风力发电机组选型1.1 风能资源分析风力机等级的基本参数Vref为10min平均参考风速，风力发电机组s级设计是在近海安装的特殊条件，其他为标准等级，设计寿命至少20年。1风力发电机组选型1.2机型范围初选经济性会相对较高。在进行单机容量选择于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好并且经济性较高的机型。1风力发电机组选型1.2 机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素一、风轮输出功率控制方式风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。采用变桨距调节方式的风电机组居多。1风力发电机组选型1.2 机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素二、风电机组的运行方式风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行电机组的好处是控制简单，可靠性好系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。叶尖速比接近最佳，从而机组的运行效率。1风力发电机组选型1.2 机型范围初选风电机组选型要考虑的几个因素三、发电机的类型发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永磁同步电机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常运行中在发出有功功率的同时，需要从电力系统吸收一定的无功功率才能正常运行(机端的电容补偿只能减少从电力系统吸收无功功率的数量)，双馈感应型风力发电机的功率因数(COSφ)可以在+0.95～-0.95之间变化，也就是说可以根据电提高电力系统的稳定水平。1风力发电机组选型1.2 机型范围初选四、风力发电机组的传动方式风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式目前，风力发电机大多采用齿轮传动电转换效率、产生噪音，是造成机械故障的主要原因减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护机的设计成本。单一机型方案进行风力发电机组的优化布置。1风力发电机组选型1.3 风电机组总体布置布置机位时需要考虑地形地貌、面障碍物布置，实现在有限的场区范围内达到成本的目标。在软件优化的基础上手工调整源，减少集电线路长度，方便运输安装。1风力发电机组选型1.4轮毂高度优化计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，础加固引起的基本投资增加技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对高度的发电量与经济性毂安装高度。2不同机型发电量估算2.1年理论发电量及单机尾流的计算风机的年净发电量（尾流折减后），组的尾流损失。2不同机型发电量估算2.2 空气密度修正系数由于风功率密度与空气密度成正比，在相同的风速条件下，度不同则风电机组出力不一样，风电场年上网电量估算应进行空气密度修正。因此需要对软件在标准空气密度条件下计算得到的发电量进行修正。原理上可根据风功率密度与空气密度成正比的特点，将标准空气密度对应下的功率曲线估算的结果乘以空气密度修正系数进行空气密度修正。当实测空气密度偏离标准空气密度较大时，按正比关系进行修正的误差较大。根据风电场具体风资源情况，结合各机型的功率曲线，计算不同机型在对应轮毂高度处能达到额定功率前的理论发电量所占比例，仅对风机满发前的发电量按照空气密度正比关系修正进行折减。2不同机型发电量估算2.3控制和湍流折减行状态，变化，使风机的输出功率减小。根据风电场流强度值值，控制和湍流系数一般取97%左右。2不同机型发电量估算2.4 叶片污染折减叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动性能下降。根据夏季昆虫多少、冬季叶片结冰等情况，判断可能造成的叶片污染程度，对叶片污染折减系数取值，一般污染系数取97%左右。2不同机型发电量估算2.5 风电机组利用率为定期检修和日常排故维护小风月，根据电场的运行经验，一般风电场风力发电机组的可利用率为95%。2不同机型发电量估算2.6 功率曲线折减考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为证率95%。2.7 场用电、线损等能量损耗根据风电场地形复杂程度，地势起伏情况，集电线路能量损耗大小。估算场用电和输电线路、机组变电站损耗占总发电量的百分比，一般能量损耗系数为95%右。2不同机型发电量估算2.8 气候影响停机根据风电场区域冬季低温气温天数、风力发电机组适应的温度范围等情况，当风场的气温超出它的适应范围，风机将不再发电。低温环境下，风机的运行效率有所下降，且风机停机再启动需要温度回升区间。另外当气温下降到-10℃响，0℃能，使发电量降低。一般北方寒冷地区风电场低温气候影响折减按95%左右考虑。2不同机型发电量估算2.9 总折减系数根据上述各项折减系数，计算出不同机型对应的总折减系数。2不同机型发电量估算2.10 年上网电量测算根据风电场各种机型风机年理论发电量扣除上述发电量失，即得出年上网发电量，从发电量指标角度，对各种机型进行比较。3不同机型综合经济比较评价一种机型的优劣，不能仅从发电量和等效利用小时来考虑，应综合经济风电机组的价格、塔架、底座、箱变、电缆、公路以及变电站等也都是影响对风电机组进行综合指标比较，以最终确定风电场机组选型。4机型选择推荐意见素：一是所推荐机型方案的发电量指标优越该方案投资经济指标合理方案上网电价低机型方案。根据风机在发电量、机组投资、上网电价案，以此作为进一步工程设计的依据。5风电机组布置推荐方案对优选的机型进行进一步优化布置，考虑整体规划的影响，既要保证风机间距以减小尾流损失又要考虑风机的相对集中布置以减少集电线路及道路的投资；不仅考虑每个机位最优，而且考虑各风机之间的相互影响与风机长期稳定运行的安全性，从而保证整个风电场的发电量最大，效益最好。第三节 风电场宏观、微观选址风电场宏观选址风电场宏观选址风能质量好、最具利用价值的小区域的过程活、电网用户等多方面的问题。风电场宏观选址宏观选址主要按如下条件进行（10点）：1.选取风能质量好的地区年平均风速较高风功率密度大风频分布好可利用小时数高风电场宏观选址宏观选址主要条件2.风向基本稳定主要有一个或两个盛行风向（盛行风向：指出现频）。行主风向且几乎相反，这种情况对布机有利。也有虽然风况较好，但没有固定的盛行风向的地区。这种情况布机复杂。风电场宏观选址3.风速变化小尽量不要有较大的风速日变化和季节变化。4.风垂直切变小要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线。在风机高度范围内，如风垂直切变非常大，对机组运行十分不利。风电场宏观选址5.湍流强度小风机上游障碍物产生的无规则的所以选址时尽量避开粗糙地面和高大建筑物。一般轮毂高度应高出障碍物8-10m以上，距障碍物的距离为5-10倍障碍物高度。风电场宏观选址宏观选址主要条件6.避开灾难性天气频发地区灾害性天气包括台风、龙卷风、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等，对风电机组具有破坏性。选址时要参考地区气象站对历年灾害性天气出现频度的统计，在机组选型和选址上采取措施。风电场宏观选址宏观选址主要条件7.尽量靠近电网要考虑电网现有容量、容量，以及风电场的风电场宏观选址宏观选址主要条件8.交通方便要考虑所选定风电场交通运输情况，设备供应运输是否便利，运输路段及桥梁的承载力是否适合风电设备运输车辆。风电场宏观选址宏观选址主要条件对环境不利影响小为保护生态，选址时尽量避开鸟类飞行路线，候鸟及动物停留地带及动物筑巢去，尽量减少占用植备面积。地理情况（5条）要选择在地貌单一地区，扰流影响小。要考虑所选区域内的土质是否适合挖掘建设施工。要有该地区详细的水文地质资料并依照工程设计标准评定。要远离人口密集区、地震风电场微观选址1 任务与目的2 现场考察3 选址原则4 软件计算流程任务与目的微观选址工作主要任务内进行现场踏勘，利用计算软件装机容量以及风电机组装机台数各风电机组的具体位置坐标步的勘测设计等工作。现场考察现场考察工作主要包括：场区内树林、农田、房屋等分布情况。在已确定开发建设的场区内，风电场宏观选址后最大点初步布置机位，然后再结合地形地貌特点考核机位规避农田、林地、湖泊及其它地面障碍物。装条件的选择是否合理，如吊装空间、吊装设备摆放及进出道路、设备堆放等，经过综合经济技术比较，最终确定风力发电机组的微观位置。微观选址原则风力发电机组的布置，要充分考虑各方面的影响因素，有以下几点：1) 风力发电机组垂直于主导风能方向排列；2) 充分利用风电场的土地；3) 风电机组之间行、列距的要求；4) 将其影响降到最低；5) 合理利用风电场的测站订正后的测风资料；微观选址原则6) 考虑风电机组之间的相互影响后尽量缩短7) 地区；8) 尽量避免对现有植被的破坏；9) 尽量避开防护林及农用土地；10)尽量考虑与周边风电场风电机组相互避让；11)互影响。4软件计算流程目前，国内微观选址通常采用国际上较为流行的风电场设计软件WASP及WindFarmer进行风况建模，建模过程如下：毂高度的风资源栅格文件满足精度及高度要求的WindFarmer的三个输入文件，包括：的风资源栅格文件及测风高度的风资源风频表文件。采用关联的方法在WindFarmer软件中输入WASP软件形成的三个文件，输入三维的数字化地形图(1:10000或1:5000)，地形复杂的ft地风电场应采用1:5000地形图，输入风电场空气密度下的风机功率曲线及推力曲线，设定风机的布置范围及风机数量，设定粗糙度、湍流强度、风机最小间距、坡度、噪声等，考虑风电场发电量的各种折减系数，采用修正PARK尾流模型进行风机优化排布。根据优化结果的坐标，利用GPS到现场踏勘定点，根据现场地形地貌条件和施工安装条件进行了机位微调，并利用GPS测得新的坐标，然后将现场的定点坐标输入windfarmer中，采用尾流模型对风电场每台风机发电量及尾流损失的精确计算。第四节 风资源评估常用软件介绍1 WAsP2 WindFarmer3 WindPro4 WindSim风资源评估常用软件介绍随着数值模拟技术的快速发展,也由于资定局限性,越来越多的高分辨率气象模式选址工作中.目前，最常用的风电场微观选址及风资源评估的软件有：1 WAsP2 WindFarmer3 WindPro4 WindSimWAsP1. WAsP：WAsP(Wind Atlas Analysisand Application Program)RISΦ实验室开发，是基于比较平坦的围100km2范围内的风能资源分布。WasP软件对风能资源评估适用于区域面积小，地形相对平坦地区。WAsP其它软件配合使用。WAsPWAsPWASP的主要功能可由以下四部分组成：1、原始数据的分析 原始数据的分析主要是指气象数据的分析据进行分析。将原始数据编辑成直方图表，即为WASP，WASP将所输入读数错误等，主要是有效风区域内的统计值参与计算，单位m/s2、风图谱数据的产生 表示风速的直方图表可以转换成图谱数据组察测量按场地的特殊地形条件关系而得到“净化”，呈现其真实量。3、风气候估算 应用由WASP产生风图谱的逆运算步骤可估算出任何特殊点的风气候参数及风的扇区分布情况而估算。4、潜在风能估算 可计算平均风的总能量值。此外，量，这由给WASP提供相应风力机的标准功率曲线而计算。WindFarmerGH WindFarmer是有效的风电场设计优化软件工具。它综合了各方面的数据处理、风电场评估，并集成在一个程序中快速精确地计算处理。用户可以通过GH WindFarmer自动有效地进行风电场布局优化，使其产能最大化并符合环境、技术和建造的要求。GH WindFarmer可生成高质量风电场环境影响评估文档，包括噪音、阴影闪烁（shadow 雷达、累积影响。风电场的视觉影响可以通过采用动态或静态视觉图像、虚拟漫游（Fly-through）或集锦照片的方式演示。GH WindFarmer全球24小时具有技术支持。WindFarmerWindFarmerGHWindFarmer包含以下几个功能模块：（a）基础模块：基础模块是GHWindFarmer积分析、与WAsP和其他风力流动模型软件的连接界面。 （b）可视化模块：可视化模块用于在实际建造前模拟和演示风电场片等。 （c）MCP+模块：MCP+模块提供了所有测量风力数据的评估工具，测联。 （d）紊流强度模块风机性能和风机负载模型。 （e）金融模块估，用户可以采用自己的金融模型或软件中自带的金融模型。器、电力电缆的超载检查和计算电力损耗。（g）阴影闪烁模块产生的阴影闪烁。确定风机产生的阴影闪烁机理和时间间隔。WindProWindPRO是丹麦EMD公司开发的风电场规划设计软件，经过20的发展，WindPRO已成为使用最广泛、用户界面最友好的风能资源评估与风电场设计软件之一。WindPRO是基于对象的模块化软件，除了基本的BASIS模块外，用户可根据需要和预算自由选择模块。WindPRO以WAsP为计算引擎，相对于单独使用WAsP，WindPRO与WAsP联合使用具有许多优点：如方便灵活的测风数据分析场发电量计算，并提供多种尾流模型数据库，包括功率曲线、噪声排放及可视化信息等。此外，WindPRO还能实现短期测风数据的长期相关性分析；详的计算报告；兼容多种数字化资源文件，如卫星照片、SRTM（Shuttle Radar Topological Mission）等高线数据等为描述规划风电场外围15kM的粗糙度与等高线提供了便利。WindSimWindSim：WindSim软件是挪威一家公司设计，基于流体力学方法对风电场选址及风资源评估的软件。WindSim软件包括六个模块：地形处理模块、风场计算年发电量计算模块。其中，风场计算模块力学商用软件Pheonics的结构网格解算器部分。WindSim软件采用计算流体力学软件来模拟场址内的风情况，因此，WindSim软件可以用于相对复杂地形条件下的风电场选址及风资源。WindSim第五节 地形、气候对风的影响风主要特征风的主要影响因素地形对风的影响海陆的影响风速随高度变化的影响风机间距的影响障碍物的影响风主要特征不稳定性风的瞬时脉动、日变化，季节变化以至年变化都十分明显，此为其利用上的不利因素。受地形影响大，地区差异显著风力的局部地形差异明显，即使在同一地区，有利地形下的风力往往优于不利地形。故风力机位置选择时必须充份考虑到地形作用。风的主要影响因素择一个安置风力机的最佳位置所加强的局地风速。风电场选址问题包括社会、经济、技术和环境等方面，但在选址中需考虑的地形、气候问题主要包括以下5个方面：地形对风的影响、海陆的影响、风速随高度变化的影响、风机间距影响、障碍物的影响等。地形对风的影响风能与风的立方成正比，则功率为原来的八倍小气候进行分析，将速增强的地点。地形对风的影响世界气象组织推荐一个风力发电机的安装位置选择框图根据地形分类安装风力机对策框图地形对风的影响平地的风速比值（如下表）下的风速。不同地形下风速与平坦地面风速比值表地形平地平均风速3~5米／秒6~8米／秒比值山间盆地0.95~0.850.85~0.75弯曲河谷地0.80~0.700.70~0.60山瘠背风坡0.90~0.800.80~0.70山瘠迎风坡1.10~1.201.10海陆的影响海面比起伏不平的陆地表面摩擦阻力小，所以在气压梯度力相同的条件下，海面风力速比陆地上风速要大。现在国际选择风力机位置有两种倾向，一是选择在较高的山脊，一另一方也是主要原因－这些地风力较大。风速随高度变化的影响风力发电机最好安装在地面较平滑，障碍最小和最少的地方。若因条件所限不得不设在粗糙的地面上，则发电机的设置高度就应比光滑地表上高度要高。此外假设若要使给定的风力机达到最大的出力，唯一的办法是增加塔架高度，所以有人说增加风机动力输出最廉价的方法就是增加更高的塔架。风机间距的影响发展风力机群（风车田）轮直径长度的距离，而以之长度的距离时最为理想损坏作用。障碍物的影响当风由空旷地吹向森林时，在森林的迎风面，一部分气流进入林内而减弱，另一部分气流因林墙阻挡，在林子前面形成涡流，由于气流方向的改变风速相应减低。在森林的背风面，由林冠上方向下滑动的气流，一部分在林后滑动，形成弱风区，一部分经过一定距离之后才着陆。气流遇到疏透结构林带时，一部分从上面越过，另一部分透过林带，在背风面形成弱风区，最低风速约出现在距林缘8H之间。一般来讲，风机位置选择尽量避让林地，与林地距离尽量保持在10倍林木高度以上。在房屋附近安装风力发电机可视为机组周围有障碍物，同时避免噪音对居民的影响，布机遵循如下原则：第一，安装在主风向的上游第二，与房屋（障碍物）的距离应尽量保持在风力发电机组直径的5倍以上；第三，机组塔架应尽量高出房屋（障碍物）1倍的机组直径第六节 风力发电机组常见故障及维护风力发电机组常见的机械故障及处理方法故障原因诊断处理方法风力发电机剧烈抖动1、拉索松动；2、尾翼固定螺丝松动；3、定桨距风轮叶片变形4、定桨距风轮叶片有卡滞现象1、紧固拉索；2、拧紧松动部位；3、更换桨叶；4、拆卸、润滑保养，重新安装风轮转速明显降低1、风电机长久不润滑保养；2、发电机轴承损坏；3、风轮叶片损坏1、润滑、保养；2、更换轴承；3、修复和更换叶片调速、调向不灵1、机座回转体内油泥过多；2、机座回转体内有沙土