风机运行培训手册

风电机组的设计、运行与维护

目录

第一章绪论......................................................................4

第一节我国的风能资源和开发程度................................................4

第二节风能开发利用的重点区域..................................................6

第三节中国风电实际运行效果....................................................8

第四节中国的风电制造业.......................................................10

第二章风电场的选址技术.........................................................12

第一节风电场选址概述.........................................................12

第二节风力发电场的风资源评价.................................................17

第三节风电场选址技术要素.....................................................21

第四节风电机组位置排列及尾流效应.............................................29

第五节风电场选址技术.........................................................30

第六节大中型风电场设计.......................................................35

第三章风力发电对电网的影响.....................................................38

第一节概述...................................................................38

第二节风力发电对电能质量的影响...............................................41

第三节风力发电对电网稳定性的影响.............................................47

第四章风电机组介绍.............................................................59

第一节风电机组的主要供电方式.................................................61

第二节风电机组的控制方式.....................................................63

第三节控制系统的结构.........................................................65

第四节绕线式双馈风电机组.....................................................67

第五章风电机组特性分析.........................................................70

第一节风电机组的基本特性.....................................................70

第二节双馈异步发电机及变流器特性..............................................80

第六章双馈风电机组的控制概述...................................................84

第一节双馈风电机组的控制概述.................................................84

第二节双馈风电机组的并网和脱网................................................88

第七章1500KW双馈式风电机组介绍...............................................91

第一节综述...................................................................91

第二节风轮...................................................................94

第三节机舱...................................................................96

第四节塔架..................................................................107

第五节基础..................................................................108

第六节变频器................................................................109

第七节控制系统..............................................................113

第八章1500KW双馈式风电机组运行控制..........................................119

第一节1.5MW双馈式风电机组运行控制原理.......................................119

第二节1.5MW双馈式风电机组硬件配置...........................................125

第三节1.5MW双馈式风电机组运行控制...........................................135

第四节安全链................................................................139

第五节SCADA监控系统.........................................................143

第六节系统操作..............................................................173

第九章机组维护................................................................212

第一节维护项目分类和所需工具介绍............................................212

第二节风机各部件维护工作....................................................215

第十章安全预防................................................................232

第一节安全防护装备..........................................................232

第二节机组安装现场安全总则..................................................235

第三节常规安全事项..........................................................236

第四节安全用电..............................................................237

第五节事故急救..............................................................237

附录一：风力发电机组运行维护项目表...........................................239

附录二：润滑说明表...........................................................243

附录三：主要螺栓紧固扭矩表...................................................245

附录四：ABB变频器维护表......................................................247

第一章绪论⑺⑵

第一节我国的风能资源和开发程度

我国幅员辽阔，海岸线长,风能资源丰富。在20世纪80年代后期和2004—2005

年，中国气象局分别组织了第二次和第三次全国风能资源普查，根据第三次风能

资源普查结果，我国技术可开发（风能功率密度在150瓦/平方米以上）的陆地面

积约为20万平方千米。考虑风电场中风电机组的实际布置能力，按照5兆瓦/平方

千米计算，陆上技术可开发量为10亿千瓦。根据《全国海岸带和海涂资源综合调

查报告》，我国大陆沿岸浅海0〜20米等深线的海域面积为15.7万平方千米。2002

年我国颁布了《全国海洋功能区划》，对港口航运、渔业开发、旅游以及工程用

海区等作了详细规划。如果避开上述这些区域，考虑其总量10%〜20强的海面可以

利用，风电机组的实际布置按照5兆瓦/平方千米计算，则近海风电装机容量为2.5

亿千瓦。综合来看，我国可开发的风能潜力巨大，陆上加海上可装机总容量达10

亿千瓦，风电具有未来能源成重要组成部分的资源基础。

止匕外，2003-2005年，联合国环境规划署组织国际研究机构，采用数值模

拟方法开展了风能资源评价的研究，得出陆地上离地面50米高度层风能资源技术

可开发量可以达到14亿千瓦的结论。2006年，国家气候中心也采用数值模拟方

法对我国风能资源进行评价，得到的结果是：在不考虑青藏高原的情况下，全国

陆地上离地面10米高度层风能资源技术可开发量为25.48亿千瓦，大大超过第三

次全国风能资源普查的结果。

我国的风能资源分布广泛，其中较为丰富的地区主要集中在北部（东北、华

北、西北）地区和东南沿海地区及附近岛屿，近海风能资源也非常丰富，止匕外，

内陆也有个别风能丰富点。

北部地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省

（区）近200千米宽的地带。风功率密度在200〜300瓦/平方米以上，有的可达500

瓦/平方米以上，如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁、承德围

场等。

沿海及其岛屿地区风能丰富带包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、

广西和海南等省（市）沿海近10千米宽的地带，年风功率密度在200瓦/平方米

以上，风功率密度线平行于海岸线。

近海风能丰富区包括东南沿海水深5〜20米的海域面积辽阔，但受到航线、

港口、养殖等海洋功能区划的限制，近海实际的技术可开发风能资源量远远小于

陆上。不过在江苏、福建、山东和广东等地，近海风能资源丰富，距离电力负荷

中心很近，近海风电可以成为这些地区未来发展的一项重要的清洁能源。

内陆在两个风能丰富带之外，风功率密度一般在100瓦/平方米以下，但是在

一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能资源也较丰富。

我国的风能资源有两个特点。一是风能资源季节分布与水能资源互补。我国

风能资源丰富，但季节分布不均匀，一般春、秋和冬季丰富，夏季贫乏。水能资

源丰富，雨季在南方大致是3〜6月，或4〜7月，在这期间的降水量约占全年的

50%〜60%；在北方，不仅降水量小于南方，而且分布更不均匀，冬季是枯水季节,

夏季为丰水季节。丰富的风能资源与水能资源季节分布刚好互补，大规模发展风

力发电可以一定程度上弥补我国水电冬春两季枯水期发电电力和电量之不足。

二是风能资源地理分布与电力负荷不匹配。沿海地区电力负荷大，但是风能资源

丰富的陆地面积小；北部地区风能资源很丰富，电力负荷却很小，给风电的经济

开发带来困难。

由于大多数风能资源丰富区远离电力负荷中心，电网建设薄弱，大规模开发

需要电网延伸的支撑。我国风电开发程度还很低，截至2008年底,风电装机总量

为1200万千瓦,不到可开发量的2%,虽然目前各大电力公司及风电投资商在风力

资源较好地区跑马圈地，所占容量也不过8000万千瓦，占资源量低限的10%左右。

未被开发的资源潜力还十分巨大。

第二节风能开发利用的重点区域

中国的风电资源分布不平衡，主要的资源分布在北部和沿海地区，各省市之

间资源也不平衡，风能分布比较丰富的省、市、自治区主要有内蒙古、新疆、河

北、吉林、辽宁、黑龙江、山东、江苏、福建和广东等，有望超过I000万千瓦

的省区主要有内蒙古、河北、吉林、甘肃、江苏和广东等，现分述如下。

1.内蒙古

风能资源：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约10.5万平方千

米，技术可开发量约L5亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在东起呼伦贝尔

西到巴彦淖尔广袤的草原和台地上。最早的风电场建在苏尼特右旗的朱日和，

1989年安装了从美国引进的单机100千瓦的变桨距下风式机组，20世纪90年代中

期重点开发察右中旗的辉腾锡勒风电场，主要是从丹麦、德国和美国进口的机组,

到2004年年底装机约6.9万千瓦。2004年以后内蒙古东部加快风电发展，相继建

成几个超过10万千瓦的风电场，如克什克腾旗的赛罕坝和翁牛特旗的孙家营。

2007年年底内蒙古自治区风电装机容量达到了158万千瓦，形成了塞罕坝、辉腾

梁和辉腾锡勒三大风电基地，三者均有可能在2020年达到1000万千瓦的特大型

风电基地。

2.吉林省

风能资源：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约511平方千米,

技术可开发量上千万千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在西部的白城、通榆、

长岭和双辽等地。1999年，在通榆的更生屯建设第一个风电场，引进西班牙和德

国的机组。隔了5年之后才在白城建第二个风电场，以后迅速发展，到2007年年

底，吉林风电装机容量已经达到62.83万千瓦，占全国装机总容量的10.42%,居

全国第二位。吉林省人民政府也在积极开发千万千瓦级别的风电基地，期望继续

保持风电发展的良好势头。

3.河北省

风能资源：10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约7378平方千

米，技术可开发量约4000多万千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在河北省北

部的张家口市坝上地区和承德市的围场县和丰宁县，沿海岸线的黄骅港附近风能

资源也较为丰富。1996年在张北县的“坝头”茴菜梁村附近建设了第一个风电场,

安装了从丹麦、德国和美国进口的机组，装机容量近1万千瓦。2001年起，承德

市围场县开始建设风电场，到2006年年底围场县红松洼风电场装机容量达到10.6

万千瓦。2007年年底，河北省风电装机容量达到53万千瓦，主要分布在张家口和

承德两地。累计装机总容量居全国第三位。其张北和坝上地区，可望在2010年成

为装机容量达到100万千瓦、2020年达到1000万千瓦的特大型风电基地。

4.甘肃

甘肃地处河西走廊，10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约3万平

方千米，技术可开发量上亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在安西、酒泉等

与新疆和内蒙古接壤的具有加大风速地形条件的地域。

甘肃虽然发展风电起步较晚，却大有后发制人之势。2007年年底，甘肃风电

装机已经达到40.8万千瓦，跃居全国第五位。甘肃省率先启动了全国第一个千万

千瓦级风电项目，并且在第五次风电特许权招标中，一次性确定了21个风电场工

程项目，总容量达到了400万千瓦，成为世界上最大的风电项目。通过历次特许

权招标，甘肃形成了独特的风电电价制度，基本上实现了一省一价。因此，甘肃

有望成为继内蒙古之后我国最大的风电开发区。

5.新疆维吾尔自治区

风能资源：新疆地区，10米高度风功率密度大于150瓦/平方米的面积约8万

平方千米，技术可开发量上亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在达坂城、小

草湖和阿拉山口等具有加大风速地形条件的地域。

新疆是我国最早大规模开发风电的省区，1986年就在达坂城附近安装了几台

从丹麦引进的机组进行试验；1989年利用丹麦政府赠款项目建设第一个风电场，

共有13台150千瓦机组，装机容量达1950千瓦，是当时全国规模最大的。新疆为

并网风电成为电力工业新的电源起到重要示范作用。直到2001年新疆的风电装机

容量在全国都居于首位，后来由于电网容量的限制，制约了风电的发展。

2007年年底，新疆风电装机容量29.76万千瓦，主要集中在达坂城地区，其

余2000多千瓦分别在布尔津和阿拉山口。新疆正在开发吐哈风电，打造千万千瓦

的风电基地，预计可望与甘肃酒泉地区的千万千瓦风电基地一起，成为风电西电

东送的源头。

6.江苏省

风能资源：江苏省风能资源总储量为3469万千瓦，风能资源技术可开发区域

面积约为1505平方千米，包括近海滩涂地区，技术可开发量可达千万千瓦。全

省风能资源分布自沿海向内陆递减，沿海及太湖地区风能资源较为丰富，尤其是

沿海岸地区，而内陆地区风能资源相对贫乏，风能资源有明显的东、西部差异。

江苏省风电发展迅速，2003—2005年，连续三年参加国家风电特许权招标，

总招标规模为45万千瓦，另外有4个装机容量为20万千瓦的风电场参照特许权风

电场的条件进行开发。截至2007年年底，江苏省己安装了188台风电机组，总装

机容量为29.6万千瓦。江苏率先提出了建设1000万千瓦风电基地的设想，尤其是

在近海风电开发方面江苏具有得天独厚的优势。

第三节中国风电实际运行效果

从收集到的47个2006年年底前建成、2007年没有新增装机的风电场数据和这

些风电场2007年的上网电量数据，初步推算出12个省的平均年等效满负荷小时

数。省平均最高为2401小时，最低为1325小时。除去单个风电场的最高值3552

小时和最低值978小时，全国平均约1787小时，比估测值2000小时约小10%（表

1-2）o统计中的风电场多采用技术成熟的机组，上网电量主要受风能资源和管

理水平的影响。这一结果也表明，我国的风电项目的可行性论证和风电场运行管

理水平亟待提高。

表1-22007年部分省（区）风电场上网电量

省平均等效满负荷上网电量/

省（区）场数容量系数/%单机平均/kW装机容量/万kW

小时数/小时万kWh

河北423730.278858.821014

内蒙古719330.2277039.079854

辽宁913250.1571521.728609

吉林419310.2279817.834823

上海216510.1913562.44084

浙江113440.156092.132863

福建520000.239868.920167

山东317280.208816.511439

广东616000.1856620.733069

斗南114170.164830.871233

甘肃217370.2078612.722979

新疆424010.2765416.739003

合计471787（均值）0.20791158299137

注：在等效清负荷小时数的平均值计算时徐去了最依值1个（辽宁,978）,最高值1个（幅度.3552）.

资料来源：施明飞，中国可再生能源学会风能专业委M会。

第四节中国的风电制造业

在国家可再生能源发展规划和风电装备国产化等相关政策的支持下，我国风

电产业得到了快速发展，涌现出一批实力雄厚的风电设备整机制造企业，并形成

了完整的配套产业链。新增市场份额2007年首次超过进口机组。我国风电产业表

现出了良好的发展势头，受到世人瞩目，并有力支持了我国风能资源的开发。

1.整机

中国开展风电机组研制历史较长，近年来才走上了产业化发展道路。早在20

世纪80年代，中国就通过国家科研课题陆续支持研制过并网型风电机组，单机容

量18〜200千瓦，但绝大部分没有实现产业化、规模化生产。“九五”和“十五”

期间，政府组织实施“乘风计划”、国家科技攻关计划，以及国债项目和风电特

许权项目，支持建立了首批6家风电整机企业进行风电技术引进和消化吸收，其

中部分企业掌握了600千瓦和750千瓦单机容量定桨距风电机组的总装技术和关

键部件设计制造技术,初步掌握了定桨距机组总体设计技术,实现了规模化生产，

迈出了产业化发展的第一步。2004年以来，随着国家陆续制定出台了促进风电

等可再生能源发展的相关法规和扶持政策，众多新的国内外企业大举投入中国风

电制造业，且大多瞄准了风电整机制造，通过引进生产许可证、建立合资企业、

开展自主研发或联合研发等手段，研制兆瓦级以上风电机组产品。总体来看，随

着大批实力雄厚的企业投入风电研制工作，显著加快了中国风电制造业的产业化

发展进程。

在满足7096国产化率的前提下，全国风电场装机容量连续4年以高于100%的增

长率。2008年底达到1200万千瓦。在国内新增市场中，内资企业生产的风电机组

产品所占的市场份额也不断上升，2008年达到75猊

主流风电机组产品的技术性能和产业化水平有了明显提升，1.5兆瓦左右单

机容量的变桨变速风电机组成为近期市场主流机型。近年来，我国大部分企业重

点开发生产兆瓦级变桨变速恒频风电机组，包括双馈式、永磁直驱式两大主流技

术，还有部分企业引进了混合驱动技术型式。我国风电机组主流机型已经转向兆

瓦级以上大容量机组。

目前，1.5兆瓦机型已成为我国风电市场建设的主力机型；2〜3兆瓦机型正

在逐渐进入市场，预计在2010年实现批量化生产；5兆瓦机型也已进入研发阶段。

企业规划产能迅速扩大，将有力支撑国内风电建设。初步调查统计显示，我

国仅内资整机企业2010年的规划年产能就已经超过800万千瓦；加上合资企业和

外资企业，2010年的总年产能将超过1000万千瓦。从目前风电产业发展的情况看,

国内风电整机制造企业的近中期规划产能远超过每年同期国内风电设备市场需

求预期，而且机型产品同质性明显，市场竞争正逐步显示出日趋激烈趋势，使得

一批企业开始寻求国际市场。

2.部件

在国家产业政策的引导下，特别是国家特许权项目招标要求参加投标机组国

产化率达到70%以上的规定,吸引了一大批实力雄厚的专业配套厂家投入风电机

组主要部件的开发，风电机组的国产化水平迅速提高，通过1.5MW变速恒频风电

机组的国产化，国内已具备桨叶、发电机、齿轮箱等关键部件的开发能力,特别是

近年来完成了变距轴承、偏航轴承和主轴承的开发，大大加快了我国风电制造业

的发展。目前专业厂家正在完成控制系统、变频器和变桨系统的国产化，以期突

破我国风电产业发展的最后一道屏障，从而形成完整的具有强大支撑能力的配套

产业链。

第二章风电场的选址技术⑶

第一节风电场选址概述

风电场选址是风电场建设首先应解决的问题，也是风电场建设中关键的第一

步，直接关系到风电场经济效益的好坏。风电场选址在许多方面与水电厂、核电

厂等存在同样的问题。但也有其特殊性：对一个已知的风力发电机组，在场址未

确定以前，是不能估算该机组的年发电量的，这是风力发电与其它发电厂选址所

不同的。风况决定风电机组的发电量，风况是风电场选址必须考虑的主要因素。

1.风电场选址考虑的基本要素

一个好的风电场首先应该有经济上的可行性，同时还要符合环境要求和有关

制度的限制。风力发电机组和该风电场风况匹配情况、风力发电机组对系统电网

的动态影响等也是要考虑的因素。本章将对风电场选址所涉及的重要问题进行简

述。

1.1经济性

风电场的度电(kWh)成本是评价经济性的主要指标。度电成本可表示为：

「A+M

C=---

Ec

其中Ec——年发电量；

M——年运行维护费用；

A——项目投资每年等额折旧，可由下式计算：

式中P——总投资；

i——贷款利率；

n——折旧年限；

选择一个风能资源丰富的场址，安装与该场址风能特性相匹配的风电机组，

可以提高机组的年发电量，从而减少千瓦时装机成本。这也是要把具有最丰富的

12

风资源的地方做为候选风电场的主要原因。

风电场投资也是影响风电场的经济性主要。风电场投资包括风电场选址评估

费、设备造价、设备运输、施工费，以及征地费、土建工程费、道路的修建、接

入系统的方式等因素。

1.2环境的影响

与其他发电类型比较，风力发电对环境的影响很小。但在某些特殊的地方，

也是风电场选址必须考虑的因素。从目前来看，风电场对环境的影响主要表现在

3个方面，即噪声、电磁干扰及对当地微气候和生态的影响。

(1)噪声

风电机在运行时产生噪声，其噪声是由流过叶片的气流和风能产生的尾流引

起的。噪声的强度依赖于叶尖的线速度和叶片的空气动力负荷。另外有一附带的

脉冲噪声源的低频噪声，它与风电机机型及塔架设计有关。因此，在设计风电机

时，要考虑噪声对周围环境的影响。

(2)电磁干扰

人们普遍认为，电磁波干扰是风力发电机组可能产生的一个潜在环境问题。

旋转的风电机叶片可能反射电磁波，对电视信号、无线电导航系统、微波传输等

产生影响，但这方面的研究进行得很少。

(3)对微气候和生态的影响

风电场可能对当地的微气候和生态造成一定程度的影响，主要表现在：

①风电机组会对当地的风能特性产生影响。

②风电机组在安装时对土地和植物造成暂时破坏；

研究表明，风电场对微气候的影响很小，与正常的大气变化相比，可以忽略

不计。

1.3气象灾害

在风电机选址时，应对某些气象条件予以考虑，这些气象条件用一个不确切

的术语“灾害”来表示。其中有些气象现象确能对风电机的结构造成灾害性威胁。

另一些现象虽不能造成大害，但确能增加维护成本，减少设备的运行时间和寿命。

主要气象灾害有：结冰、台风、紊流、空气盐雾、风沙磨蚀等。

1.4对电网的动态影响

13

风电机组输出波动大，波动时间从数秒到数分钟级的波动应特别注意，因为

这种波动可能在短时间内影响常规发电设备的暂态稳定、系统频率控制和负荷潮

流。

2.风电场选址步骤

风电场选址可分为5个步骤，其流程图？？如图2T所示。

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图2-1风电场选址过程框图

2.1第一步选择候选风能资源区

在第一步，首先要确定一个目标地区，然后对其进行筛选以确定位于其中的

候选风能资源区。所谓“候选风能资源区”是指根据现有气象数据和经验，初步

判断这些地区可能存在着可行性场址。候选风能资源区的大小将视目标地区的大

小，在气象及地形学上的复杂程度以及我们所掌握的风能资源数据的详细程度而

异。一旦确定了候选风能资源区的范围，我们就可以按照在其中包含有一个或几

个可行性场址，将它们进行比选。完成第一步任务应搜集下列各项数据：

(1)现有的风能资源数据：目标地区的气象站、其他行业或企业已有测风资

料。

(2)输配电线路的位置：目标地区电力系统各电压等级的地理接线图。

(3)变电站的位置：收集接入系统点的变电站位置及主接线图，了解有否备

用间隔或扩建的可能性。

(4)较好道路的位置：主要考虑桥涵承重和弯道半径。

(5)本地区对选址的规定和要求。

(6)地质条件对选址的限制。

(7)所选用的风力发电机组一般技术性能。

(8)所选用的风力发电机组的典型安装费用。

2.2第二步选择潜在的候选场址

所谓潜在的候选场址是指在候选风能资源区中的一小块场地，从工程的角度

来看，这些地方安装风力发电机组是可行的。第二步的主要目的是在候选风能资

源区中筛选出有吸引力的潜在候选场址。采用的办法是综合考虑风能资源和非气

象因素(如接入系统的条件、交通条件等)，需对两种类型(即风能资源好，但非

气象因素差或反之)的几个潜在候选场址进行初步的技术经济比较(即第三步)，

选出少量的候选场址。然后在候选场址竖测风系统现场实测风能资源，取得候选

场址内的风资源数据。测风塔杆高度应与风电机组轮毂预期安装高度相同。

一般采取两种办法。一种办法是在候选风能资源区内评定最好的风区范围，

然后使用非气象的因素筛选这些风区范围，并选择候选场址。另一种办法是先使

用非气象的准则筛选候选风能资源区，然后评定该场址所具有的最好的风能资

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源，并且选择候选场址，再进一步收集如下数据：

(1)在候选风能资源区内测风站的位置和这些站的风数据资料；

(2)候选风能资源区内的地形资料；

(3)在风资源分析中使用任何技术时所要求的全部资料；

(4)国家和当地的法令条例、规则和现场的要求；

(5)风电机群的建立或运行对当地环境的影响；

(6)有关现场地质的约束及相关的地质图；

(7)为了防止风电机组碎片对公众人身的伤害，确定安全隔离区范围；

(8)道路、输配电线路及变电站的位置；

(9)对其安全性、对环境的影响及运行方面的问题进一步评审；

(10)分析风电机的运行特性及价格；

(11)估算安装、运行和维护所需全部费用；

(12)场址的详细特性一地形、地表特征及表层不平整度，盛行风，气象灾

害情况；

(13)关于每个可能的候选场址潜在的环境影响的资料。

2.3第三步选择最佳场址

第三步是从少数候选场址中选择最佳场址。第三步的主要目的：

(1)收集每个场址风力特性的精确资料，以便对风力发电机组的发电量做出

精确的估算；

(2)评估每个场址的经济价值；

(3)确定各场址风力发电机组输出对系统的影响；

(4)确保风资源特性与规定风力发电机使用寿命的设计规范相匹配；

(5)对风力发电机组的环境影响和社会影响进行最终评审。

第三步中所需的数据是：

(1)模拟发电和确定可能的运行性能所需的气象数据；

(2)满足选址规定和获得必要许可所需的各种环境和社会数据；

(3)设计一个完整的风力发电场所需的各种工程数据；

(4)估算场址开发费用所需的各种数据；

(5)处理生产成本模式所需的各种非气象数据；

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(6)被考虑的风力电机组的性能特性和运行策略；

(7)可能的气象灾害资料。

其中搜集现场的数据十分关键，它直接影响经济可行性评估精度。因此有必

要选用好的风速仪现场实测风速，其高度为轮毂中心高度，并且必须具有连续的

一年测风数据。然后重新计算经济性，把最佳场址选出来。

2.4第四步计划在最佳场址安装风电机组组

把最佳场址确定以后，第四步就是有计划地分批分期安装风力发电机组。如

果各种条件都具备，就可以进行风力发电场的开工建设。

第二节风力发电场的风资源评价

在风电场建设的可行性研究阶段需要对拟建风电场进行风资源评价，评价的

主要目的是为风力发电机组选型及布置等提供依据，便于对整个项目进行技术经

济评价。

1.场址选择的技术原则

风力发电场的选址是整个可行性研究阶段的首要环节，选址的好坏直接影响

项目的立项和经济技术评价，风电场选址一般应考虑如下技术原则：

(1)场址应在风能资源比较丰富的地区，主要参照全国或各省的风能区划，

考虑到风能的充分利用，尽量在“风能丰富区”和“风能较丰富区”内选择场址。

另外场址处要求有尽量稳定盛行风；风速的日变化季节变化要小；场地及周围地

形比较开阔；尽量避开灾害性天气(如雷暴、龙卷风、飓风等)频繁发生地带。

(2)场址宜在沿海、海岛等边远地区或电网末端，这些地方往往电源基础比

较薄弱，电压不稳。

(3)场址处地质条件稳定，避开断层、塌陷等不良地质构造。

(4)风机在运行过程中会产生一定的噪音和电磁干扰，选址时应考虑尽量避

免对周围环境和生态平衡造成影响，应取得当地环保部门的同意文件。

(5)在选址过程中还应考虑场地的土地征用和房屋拆迁等费用；取得当地电

业部门认可系统接入方案，并应考虑接入线路长短对工程造价的影响。

17

2.风资源评价需要的基础资料

风电场的风资源分析评价，一般除收集当地气象站的近期30年的常规气象

资料外，还应收集整理风电场场址处至少连续一年的10m高处的风速、风向整编

资料，且收集的有效数据不宜少于收集期的90虬故一般拟建风电场场址处都应

设立观测站，进行1〜3年的连续风速、风向观测。观测站设立地点应选在拟建

风电场范围内代表性地点，一般在风电场中间部位。观测站周围的地表覆盖物不

宜过高，且无其它对风速有影响的障碍物。观测站一般设立铁塔安装风仪，铁塔

高度一般在40〜50m,要分层观测风速、风向资料，分层要反映出风速随高度的

变化规律。

观测项目主要为逐时的10分钟平均风速、风向资料，一般采用自记方式。必

要时可进行温度、湿度、大气压等项目的观测，以便和当地的气象站资料进行对

比分析。风观测高度的选择应有离地10m高处的观测，还宜包括风力发电机机头

预期安装的高度，一般分2〜3层，如10、30、50m高。测量数据精度应在所用仪

器的规定误差内。

3.观测数据的分析统计

在风速资料合理性分析中，对因种种原因造成的观测不合理数据先要进行处

理，然后进行整编统计。因风在一年四季中特征各不相同，在进行观测资料统计

时应采用整年的资料，否则会产生偏差。

风资源评价一般需对观测资料进行以下几个项目的分析计算：

3.1风的日、月变化规律

一般应挑出一个典型日和一个典型月，典型日逐时的风速变化能反映风的一

般日变化规律，典型月逐日的风速变化能反映风的一般月变化规律。并绘制典型

日的逐时及典型月的逐日变化柱状图。

3.2年风速风向频率统计

此项目的统计可按常规方法，根据统计结果绘制全年风向玫瑰图及风速玫瑰

图。

3.3年有效小时数

风电机组有切入和切出风速，切入风速一般为3m/s〜4m/s,切出风速一般

18

取25m/s,从切入到切出之间的风速称为有效风速。统计出每年累计风速值在有

效风速范围内的小时数，然后将历年值平均，即得年有效小时数。

3.4各等级风速频率

将风速值按lm/s间隔划分为若干等级，统计各等级风速出现的次数，各等

级次数除以各等级风速出现的总次数即为此等级风速频率。根据统计结果绘制各

等级风速频率图。

3.5有效风能密度

按有效风速计算的风能密度称为有效风能密度。在单位时间内以风速v穿过

面积为F的风轮的总功率，即风能的功率为：

^=-PFv3

2

式中：V—风能的功率(W)；

P—空气的密度(kg/m＞；

F—风机叶片旋转一周的扫掠面积(m2)；

v—风速(m/s)o

4.风电场年发电量的计算

单机年发电量为年平均各等级风速(有效风速范围内)的风速小时数乘此风

速等级对应的风机输出功率的总和。其计算公式如下：

G=2NiWi

式中：G—发电量(kWh)；

N：-相应风速等级出现的全年累计小时数(h)；

W,—风机此等级风速下对应输出功率(kW)。

风电场年发电量为各单机年发电量的总和。

计算采用的风机功率表或功率曲线图必须是厂家提供的、自权威机构测定的

风机功率表或功率曲线图。标准空气密度是指标准大气压下的空气密度，一般为

3

1.225kg/mo在标准空气密度下，风电机组的输出功率与风速的关系曲线称该风

电机组的标准功率曲线。

5,风资源评价成果在技经分析中的应用

19

一般根据拟建风电场的实测风资料进行的风资源评价的成果主要包括年有

效风能密度、年有效小时数及年理论发电量等指标。前两项指标主要用于确认拟

建场址处属于“风能丰富区”或“风能较丰富区”，具备建设风电场的基本条件。

一般大型风力发电场拟建场址的风资源评价指标应满足“风能丰富区”的区划标

准，即年平均有效风能密度大于200W/m2,3~20m/s风速的年累积小时大于5000

小时，年平均风速6m/s以上的地区。

各等级风速频率表结合厂家提供的风机功率表或功率曲线图进行的理论发

电量的计算，可作为风机选型和布置以及装机容量的重要参考技术指标。

技术经济比较主要指不同场址的年发电量结合其它技术指标的综合经济技

术比较，或同一场址中不同设备、装机容量及风机布置的不同方案的技术经济比

较，并对上述因素的不同而做出上网电价敏感性分析。

由于目前状况下，风电设备的造价仍较高，在整个工程投资额中设备占的比

重大约在60%左右，整个工程的投资在10000元/kW左右，度电投资在0.5元/kWh

左右，发电成本高，尚无法和常规电源（如坑口火力发电厂）竞争，只能作为常规

电源的补充。故风电场的建设尚需有关政府部门的政策倾斜，主要包括提供融资、

减税、提高其上网电价等。一般风电场的投资回收期在10年左右，所以根据预期

投产时间及10年中每年的运行费用和应偿还的贷款数等，按风资源评价的年发电

量确定合理的上网电价。

6.风资源评价应遵循的有关规范及要求的图表

目前我国风力发电场可行性研究风资源评价应遵循的有关规范主要有：

《地面气象观测规范》（中央气象局1979年）、《风力发电场项目可行性研究报

告编制规范》（电力工业部1997年）、《风力发电场并网运行管理规定》（电力工

业部1994）等。根据有关规范要求，风力发电场项目可行性研究报告要求的有关

风力资源评价的附图、附表主要有：

（1）风电场址测站的风速频率曲线；

（2）与场址测站年份对应的气象台（站）风速频率曲线；

（3）风电场址测站的风向玫瑰图；

（4）与场址测站年份对应的气象台（站）风向玫瑰图；

20

(5)风电场址测站的风能玫瑰图；

(6)与场址测站年份对应的气象台(站)风能玫瑰图；

(7)风电场址测站的年平均风速变化(1〜12月)直方图；

(8)风电场址测站的典型日平均风速变化(1〜24h)直方图。

第三节风电场选址技术要素

1风电场选址的基本条件

风力发电的经济效益取决于风能资源、电网连接、交通运输、地质条件、

地形地貌和社会经济等多方面复杂的因素，风电场选址时应综合考虑以上因素，

避免因选址不当而造成损失。

1.1风能资源

建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源。利用已有

的测风数据以及其他地形地貌特征，如长期受风吹而变形的植物、风蚀地貌等，

在一个较大范围内，例如一个省、一个县或一个电网辖区内，找出可能开发风电

的区域，初选风电场场址。

现有测风数据是最有价值的资料，中国气象科学研究院和部分省区的有关部

门绘制了全国或地区的风能资源分布图，按照风功率密度和有效风速出现小时数

进行风能资源区划分，标明了风能丰富的区域，可用于指导宏观选址。有些省区

也已进行过风能资源的调查。某些地区完全没有或者只有很少现成测风数据，还

有些区域地形复杂，由于风在空间的多变性，即使有现成资料用来推算测站附近

的风况，其可靠性也受到限制。可采用以下定性方法初步判断风能资源是否丰富。

1.1.1地形地貌特征

对缺少测风数据的丘陵和山地，可利用地形地貌特征进行风能资源评估。地

形图是表明地形地貌特征的主要工具，采用1：50000的地形图，能够较详细地反

映出地形特征。

(1)从地形图上可以判别发生较高平均风速的典型特征是：

1)经常发生强烈气压梯度的区域内的隘口和峡谷。

2)从山脉向下延伸的长峡谷。

21

3）IWJ原和台地。

4）强烈高空风区域内暴露的山脊和山峰。

5）强烈高空风或温度/压力梯度区域内暴露的海岸。

6）岛屿的迎风和侧风角。

（2）从地形图上可以判别发生较低平均风速的典型特征是：

1）垂直于高处盛行风向的峡谷。

2）盆地。

3）表面粗糙度大的区域，例如森林覆盖的平地等。

1.1.2风力造成的植物变形

植物因长期被风吹而导致永久变形的程度可以反映该地区风力特性的一般

情况。特别是树的高度和形状能够作为记录多年持续的风力强度和主风向的证

据。树的变形受多种因素影响，包括树的种类、高度、暴露在风中的程度、生长

季节和非生长季节的平均风速、年平均风速和持续的风向等。已经得到证明，年

平均风速是与树的变形程度最相关的特性。

1.1.3受风力影响形成的地貌

地表物质会因风吹而移动和沉积，形成干盐湖、沙丘和其他风成地貌，从而

表明附近存在固定方向的强风，如在山的迎风坡岩石裸露，背风坡砂砾堆积。在

缺少风速数据的地方，研究风成地貌有助于初步了解当地的风况。

1.1.4向当地居民调查了解

有些地区由于气候的特殊性，各种风况特征不明显，可通过对当地长期居住

居民的询问调查，定性了解该地区风能资源的情况。

1.2电网连接

并网型风力发电机组需要与电网相连接，场址选择时应尽量靠近电网。对小

型的风电项目而言，要求离10〜35kV电网比较近；对比较大型的风电项目而言，

要求离110〜220kV电网比较近。风电场离电网近不但可以降低并网投资，而且

可以减少线路损耗，满足电压降要求。接入电网容量要足够大，避免受风电机组

随时启动并网、停机解列的影响。一般来讲，规划风能资源丰富的风电场，选址

时应考虑接入系统的成本，要与电网的发展相协调。

1.3地质条件

22

风电机组基础的位置最好是承载力强的基岩、密实的壤土或黏土等，并要求

地下水位低，地震烈度小。

1.4交通条件

风能资源丰富的地区一般都在比较偏远的地区，如山脊、戈壁滩、草原和海

岛等，必须拓宽现有道路并新修部分道路以满足大部件运输，其中有些部件可能

超过30m。风电场选址时应考虑交通方便，便于设备运输，同时减少道路投资。

1.5地形条件

选择场址时，在主风向上要求尽可能开阔、宽敞，障碍物少、粗糙度低，对

风速影响小。另外，场址地形应比较简单，便于大规模开发，有利于设备的运输、

安装和管理。

1.6社会经济因素

随着技术发展和风电机组生产批量的增加，风电成本将逐步降低。但目前中

国风电上网电价仍比煤电高出约0.3元/kW-ho虽然风电对保护环境是有利的，

但对那些经济发展缓慢、电网比较小、电价承受能力差的地区，会造成沉重的负

担。所以国家实施有关优惠政策是至关重要的。

2风电场场址风能资源评估

对风能资源的正确评估是风电场建设取得良好经济效益的关键，有的风电场

建设因风能资源评价失误，建成的风电场达不到预期的发电量，造成很大的经济

损失。风电场场址初步选定后，应根据有关标准在场址中立塔测风、收集完整、

可靠的风电场现场实测资料。在收集现场实测风资料后，应进行数据验证、数据

订正和数据处理，对风能资源做出评估。

2.1数据验证

数据验证的目的是检查风场测风获得的原始数据，对其完整性和合理性进行

判断，检验出缺测的数据和不合理的数据，经过适当处理，整理出一套连续一年

完整的风场逐个小时测风数据。

2.1.1数据检验

(1)完整性检验。包括：

1)数量，数据的数量应等于预期记录的数据数量。

23

2）时间顺序，数据的时间顺序应符合预期的开始结束时间，中间应连续。

（2）合理性检验。包括：

1）范围检验，主要参数的合理范围参考值见表2-1。

2）相关性检验，主要参数的合理相关性参考值见表2-2。

3）趋势检验，主要参数的合理变化趋势参考值见表2-3。

表2T主要参数的合理范围参考值

卜;要合理范围主要参数合理范围

参数

平均0W小时平均值V风向0°W小时平均值W360°

风速40m/s

湍流0〈小时平均值＜1平均气压（海94kPaV小时平均值V106

强度平面）kPa

表2-2主要参数的合理相关性参考值

主要参数合理相主要参数合理相

关性关性

50m/30m高度小时平均风速<50m/30nl高度风向<20°

差值2.0m/s差值

50m/10m高度小时平均风速<

差值4.Om/s

表2-3主要参数的合理变化趋势参考值

主要参数合理变化主要参数合理变化

趋势趋势

平均风速的lh<5m/s平均气压的3h<lkPa

变化变化

平均温度的lh<5℃

变化

由于各地气候条件和风况变化很大，上述三个表中所列参数范围仅作为案例

供参考。

2.1.2不合理数据和缺测数据的处理

24

(1)检验后列出所有不合理的数据和缺测的数据及其发生的时间。

(2)对不合理数据再次进行判别，挑出符合实际情况的有效数据，回归原始

数据组。

(3)将备用的或可供参考的传感器同期记录数据，替换已确认为无效的数据

或填补缺测的数据。如果没有同期记录的数据，应向有经验的专家咨询。

(4)编写数据验证报告，对确认无效数据的原因要注明，替换的数值要注明

来源。

2.1.3计算测风数据的完整率

数据完整率按下式计算，即

应测数目-缺测数目-无效数据数目

数据完整率=X100%

应测数目

式中：应测数目表示测量期间的小时数；缺测数目表示没有记录到的小时平

均值数目；无效数据数目表示确认为不合理的小时平均值数目。数据完整率应达

到90虬

2.1.4验证结果

经过各种检验，剔掉无效数据，替换上有效数据，整理出一套至少连续一年

的风电场实测逐个小时风速、风向数据，注明这套数据的完整率。止匕外，还应包

括实测的逐个小时平均气温(可选)、逐个小时平均气压(可选)和按实测数据计算

的逐个小时湍流强度。

2.2数据订正

数据订正是根据风电场附近气象站、海洋站等长期测站的观测数据，用相关

分析的方法将验证后的风电场测风数据订正为一套反映风电场长期平均水平的

代表性数据，即风电场代表年的逐个小时风速风向数据。

2.3数据处理

数据处理的目的是将订正后的数据处理成评估风场风能资源所需要的各种

参数，包括不同时段的平均风速和风功率密度、风速和风能的频率分布、风速和

风能密度的方向分布、风切变指数等。

2.3.1风速和风功率密度

应计算风速和风功率密度的月平均值、年平均值；各月同一钟点(每日0点

25

至23点）平均值、全年同一钟点平均值。其中，设定时段的平均风功率密度表达

式为

1〃

DWPF之⑺⑷）

式中：〃册为设定时段的平均风功率密度，w/m2；〃为在设定平均的时段内

记录的次数；。为空气密度，kg/m3；匕为第，,次记录的风速，m/so应当注意，

平均风功率密度的计算是设定时段内逐个小时风功率密度的平均值，不可用年

（或月）平均风速计算年（或月）平均风功率密度。

2.3.2风速和风能频率分布

以lm/s为一个风速区间，统计每个风速区间内风速和风能出现的频率。每

个风速区间的数字代表中间值，如5m/s风速区间为4.5〜5.4m/s。