風(fēng)電機(jī)組選型與布置ppt課件

1、風(fēng)電場建設(shè)之風(fēng)力機(jī)組選型與布置11.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.1 風(fēng)能資源分析 通過對(duì)測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出代表年50m80m高度的年平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法（GB-T18710-2002）可以判斷風(fēng)功率密度等級(jí)，一般來說，風(fēng)功率密度達(dá)到3級(jí)以上，風(fēng)電場才有開發(fā)價(jià)值。 各測風(fēng)塔的風(fēng)能主要集中某幾個(gè)扇區(qū)，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，才有利于風(fēng)能資源的有效利用。 根據(jù)風(fēng)電場6585m輪轂高度處50年一遇最大風(fēng)速，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)輪轂高度處15m/s風(fēng)速區(qū)間的湍流強(qiáng)度，判定風(fēng)電場工程可以選擇的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類別。21.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.2 機(jī)型范圍初選1、滿足場址的氣候條件。在GB

2、 18451.12001 idt IEC 61400-1：1999風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 安全要求中，根據(jù)輪轂高度的年平均風(fēng)速、50年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速 、湍流強(qiáng)度等將風(fēng)電機(jī)組分為4個(gè)等級(jí)，同時(shí)還有一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的S級(jí)。應(yīng)根據(jù)場址的風(fēng)況選擇安全等級(jí)的級(jí)別。此外還應(yīng)根據(jù)氣溫范圍確定選用標(biāo)準(zhǔn)型或低溫型機(jī)組。沿海和海島地區(qū)，需注意是否對(duì)防腐和絕緣性能提出特殊要求。 風(fēng)力機(jī)等級(jí)的基本參數(shù)31.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.2 機(jī)型范圍初選 國內(nèi)外風(fēng)電場工程的經(jīng)驗(yàn)表明，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對(duì)于一個(gè)已知場區(qū)的風(fēng)電場，單機(jī)容量選擇在某個(gè)確定的范圍內(nèi)，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性會(huì)相對(duì)較高。在進(jìn)行單機(jī)容量選擇時(shí)，首先應(yīng)確定一個(gè)適合于

3、本項(xiàng)目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術(shù)成熟、市場業(yè)績良好并且經(jīng)濟(jì)性較高的機(jī)型。41.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.2 機(jī)型范圍初選風(fēng)電機(jī)組選型要考慮的幾個(gè)因素一、風(fēng)輪輸出功率控制方式風(fēng)輪輸出功率控制方式分為失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。兩種控制方式各有利弊，各自適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行要求。變速變槳距機(jī)型比定速定槳距機(jī)型更具優(yōu)越性，它不僅能在低風(fēng)速時(shí)能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；也能在高風(fēng)速時(shí)根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，儲(chǔ)存或釋放部分能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。從目前市場情況看，采用變槳距調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機(jī)組居多。二、風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式分為

4、變速運(yùn)行與恒速運(yùn)行。恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組的好處是控制簡單，可靠性好。缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常變化，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常工作在風(fēng)能利用系數(shù)(Cp)較低的點(diǎn)上，風(fēng)能得不到充分利用。變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋異步發(fā)電機(jī)或多極永磁同步發(fā)電機(jī)。變速運(yùn)行方式通過控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比接近最佳，從而最大限度的利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。51.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.2 機(jī)型范圍初選風(fēng)電機(jī)組選型要考慮的幾個(gè)因素三、發(fā)電機(jī)的類型發(fā)電機(jī)的類型包括異步發(fā)電機(jī)、雙饋感應(yīng)型發(fā)電機(jī)和多極永磁同步電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用普通的異步發(fā)電機(jī)，正常運(yùn)行中在發(fā)出有功功率的同時(shí)，需要從電力系

5、統(tǒng)吸收一定的無功功率才能正常運(yùn)行(機(jī)端的電容補(bǔ)償只能減少從電力系統(tǒng)吸收無功功率的數(shù)量)，雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)(COS)可以在+0.95-0.95之間變化，也就是說可以根據(jù)電網(wǎng)的需要發(fā)出或者吸收無功功率，改善當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)方式包括齒輪傳動(dòng)方式與無齒輪箱直驅(qū)方式。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用齒輪傳動(dòng)，成本較低，但是降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率、產(chǎn)生噪音，是造成機(jī)械故障的主要原因，而且為了減少機(jī)械磨損需要潤滑清洗等定期維護(hù)。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式有效地提高了系統(tǒng)的效率以及運(yùn)行可靠性，但同時(shí)也提高了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本。61.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

6、選型 1.1.2 機(jī)型范圍初選 根據(jù)風(fēng)電場址的地形、地質(zhì)特點(diǎn)、風(fēng)資源分布情況，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)成熟、先進(jìn)、可靠等要求，選擇多種適合的機(jī)型，按單一機(jī)型方案進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化布置。71.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.3 風(fēng)電機(jī)組總體布置 布置機(jī)位時(shí)需要考慮地形地貌、主導(dǎo)風(fēng)向與主導(dǎo)風(fēng)能方向、地面障礙物等影響因素。具體布置時(shí)因地制宜，根據(jù)風(fēng)電場地形條件、建設(shè)規(guī)模、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的型號(hào)及裝機(jī)的臺(tái)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化布置，實(shí)現(xiàn)在有限的場區(qū)范圍內(nèi)達(dá)到最大的上網(wǎng)發(fā)電量和最低成本的目標(biāo)。 在軟件優(yōu)化的基礎(chǔ)上手工調(diào)整風(fēng)機(jī)位置，調(diào)整風(fēng)機(jī)與防護(hù)林、村莊、線纜等地物之間的距離，考慮風(fēng)機(jī)的相對(duì)集中布置，同時(shí)將尾流效應(yīng)控制在合理

7、范圍內(nèi)，以充分利用土地資源與風(fēng)資源，減少集電線路長度，方便運(yùn)輸安裝。81.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型 1.1.4 輪轂高度優(yōu)化 計(jì)算各機(jī)型不同輪轂安裝高度下的發(fā)電量，隨著輪轂高度增加，發(fā)電量增加的同時(shí)風(fēng)機(jī)與塔架的運(yùn)輸與安裝難度增大，塔筒與基礎(chǔ)加固引起的基本投資增加。結(jié)合各風(fēng)機(jī)廠家現(xiàn)在的生產(chǎn)情況、技術(shù)成熟程度和裝機(jī)運(yùn)行安全可靠性等因素對(duì)不同機(jī)型不同輪轂高度的發(fā)電量與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，推薦比選的幾種機(jī)型的輪轂安裝高度 。 91.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.1 年理論發(fā)電量及單機(jī)尾流的計(jì)算 根據(jù)各機(jī)型單一機(jī)組的布置方案，利用軟件，計(jì)算各種風(fēng)機(jī)的年凈發(fā)電量（尾流折減后），并計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的尾流損失。 1

8、01.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.2 空氣密度修正系數(shù) 由于風(fēng)功率密度與空氣密度成正比，在相同的風(fēng)速條件下，空氣密度不同則風(fēng)電機(jī)組出力不一樣，風(fēng)電場年上網(wǎng)電量估算應(yīng)進(jìn)行空氣密度修正。因此需要對(duì)軟件在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度條件下計(jì)算得到的發(fā)電量進(jìn)行修正。原理上可根據(jù)風(fēng)功率密度與空氣密度成正比的特點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)空氣密度對(duì)應(yīng)下的功率曲線估算的結(jié)果乘以空氣密度修正系數(shù)進(jìn)行空氣密度修正。當(dāng)實(shí)測空氣密度偏離標(biāo)準(zhǔn)空氣密度較大時(shí)，按正比關(guān)系進(jìn)行修正的誤差較大。 根據(jù)風(fēng)電場具體風(fēng)資源情況，結(jié)合各機(jī)型的功率曲線，計(jì)算不同機(jī)型在對(duì)應(yīng)輪轂高度處能達(dá)到額定功率前的理論發(fā)電量所占比例，僅對(duì)風(fēng)機(jī)滿發(fā)前的發(fā)電量按照空氣密度正比關(guān)系修正進(jìn)

9、行折減。 111.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.2 空氣密度修正系數(shù)由于場址的空氣密度一般不等于標(biāo)準(zhǔn)空氣密度1.225kg/m3,所以要作空氣密度修正。（1）優(yōu)先采用下式計(jì)算。1000378. 000366. 01276. 1ePt累年平均空氣密度，kg/m3；P累年平均氣壓，hPa；e累年平均水汽壓，hPa；t累年平均氣溫為，。121.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.2 空氣密度修正系數(shù)（2）無法得到水汽壓時(shí)采用下式計(jì)算。P 年平均大氣壓力，Pa； R 氣體常數(shù)（287 J/kgK）； T 年平均空氣開氏溫標(biāo)絕對(duì)溫度（ + 273）。 )(kg/m 3RTP131.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2

10、.2 空氣密度修正系數(shù)（3）再無法得到大氣壓力時(shí)采用下式計(jì)算。=（353.05/T）exp -0.034(z/T) （kg/m3）z 風(fēng)場的海拔高度，m；T 年平均空氣開氏溫標(biāo)絕對(duì)溫度（ + 273）。141.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.3 控制和湍流折減 風(fēng)電機(jī)組隨風(fēng)速風(fēng)向的變化不斷調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，使風(fēng)機(jī)的輸出功率減小。根據(jù)風(fēng)電場湍流強(qiáng)度值大小情況，對(duì)控制和湍流折減系數(shù)取值，控制和湍流系數(shù)一般取97%左右。 151.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.4 葉片污染折減 葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動(dòng)性能下降。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)沙、降雨量大小、夏季

11、昆蟲多少、冬季葉片結(jié)冰等情況，判斷可能造成的葉片污染程度，對(duì)葉片污染折減系數(shù)取值，一般污染系數(shù)取97%左右。 161.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.5 風(fēng)電機(jī)組利用率 風(fēng)力機(jī)維護(hù)的好壞直接影響到發(fā)電量的多少和經(jīng)濟(jì)效益的高低；風(fēng)力機(jī)本身性能的好壞，也要通過維護(hù)檢修來保持，維護(hù)工作及時(shí)有效可以發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少故障發(fā)生機(jī)率，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。風(fēng)機(jī)維護(hù)可分為定期檢修和日常排故維護(hù)兩種方式?？紤]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障、檢修對(duì)發(fā)電效率的影響，將常規(guī)檢修安排在小風(fēng)月，根據(jù)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造水平和已建風(fēng)電場的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率為95%。 171.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.6 功率曲

12、線折減 考慮到風(fēng)電機(jī)組廠家對(duì)功率曲線的保證率一般為95%，在計(jì)算發(fā)電量時(shí)應(yīng)予以考慮，因此取風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率95%。 181.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.7 場用電、線損等能量損耗 根據(jù)風(fēng)電場地形復(fù)雜程度，地勢起伏情況，集電線路能量損耗大小。估算場用電和輸電線路、機(jī)組變電站損耗占總發(fā)電量的百分比，一般能量損耗系數(shù)為95%左右。 191.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.8 氣候影響停機(jī) 根據(jù)風(fēng)電場區(qū)域冬季低溫氣溫天數(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組適應(yīng)的溫度范圍等情況，當(dāng)風(fēng)場的氣溫超出它的適應(yīng)范圍，風(fēng)機(jī)將不再發(fā)電。低溫環(huán)境下，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率有所下降，且風(fēng)機(jī)停機(jī)再啟動(dòng)需要溫度回升區(qū)間。另外當(dāng)氣溫下降到-10時(shí)風(fēng)

13、機(jī)的潤滑系統(tǒng)也將會(huì)受到影響，0以下葉片表面結(jié)冰也會(huì)影響風(fēng)機(jī)翼型的氣動(dòng)性能，使發(fā)電量降低。一般北方寒冷地區(qū)風(fēng)電場低溫氣候影響折減按95%左右考慮。201.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.9 總折減系數(shù) 根據(jù)上述各項(xiàng)折減系數(shù)，計(jì)算出不同機(jī)型對(duì)應(yīng)的總折減系數(shù)。211.2不同機(jī)型發(fā)電量估算 1.2.10 年上網(wǎng)電量測算 根據(jù)風(fēng)電場各種機(jī)型風(fēng)機(jī)年理論發(fā)電量扣除上述發(fā)電量損失，即得出年上網(wǎng)發(fā)電量 ，從發(fā)電量指標(biāo)角度，對(duì)各種機(jī)型進(jìn)行比較。 221.3不同機(jī)型綜合經(jīng)濟(jì)比較 評(píng)價(jià)一種機(jī)型的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時(shí)來考慮，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。除發(fā)電量外，風(fēng)電機(jī)組的價(jià)格、塔架、底座、箱變、電纜、公路以及變

14、電站等也都是影響機(jī)型方案選擇的重要因素。對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行綜合指標(biāo)比較，以最終確定風(fēng)電場機(jī)組選型。 231.4機(jī)型選擇推薦意見 確定風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)型最終推薦意見，主要考慮三個(gè)因素：一是所推薦機(jī)型方案的發(fā)電量指標(biāo)優(yōu)越；二是該方案投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)；三是該方案上網(wǎng)電價(jià)低，即考慮綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越的機(jī)型方案。 根據(jù)風(fēng)機(jī)在發(fā)電量、機(jī)組投資、上網(wǎng)電價(jià)等各項(xiàng)綜合指標(biāo)上的明顯的優(yōu)勢，推薦一種風(fēng)機(jī)作為選擇方案，以此作為進(jìn)一步工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。 241.5風(fēng)電機(jī)組布置推薦方案 對(duì)優(yōu)選的機(jī)型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化布置，考慮整體規(guī)劃的影響，以獲得較大發(fā)電量和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益為原則，既要保證風(fēng)機(jī)間距以減小尾流損失又要考慮風(fēng)機(jī)

15、的相對(duì)集中布置以減少集電線路及道路的投資；不僅考慮每個(gè)機(jī)位最優(yōu)，而且考慮各風(fēng)機(jī)之間的相互影響與風(fēng)機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行的安全性，從而保證整個(gè)風(fēng)電場的發(fā)電量最大，效益最好。25為什么要進(jìn)行合理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布？ 風(fēng)電場風(fēng)資源評(píng)估結(jié)果及初步選定的風(fēng)機(jī)型號(hào)？ 2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置26風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置的指導(dǎo)原則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案的確定重點(diǎn)難點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置27風(fēng)電機(jī)組布置基本原則風(fēng)電機(jī)組布置基本原則 1根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，使風(fēng)機(jī)間距滿足發(fā)電量較大，尾流影響較小為原則。2風(fēng)電機(jī)的布置應(yīng)根據(jù)地形條件，充分利用風(fēng)電場的土地和地形，恰當(dāng)選擇機(jī)組之間的行距和列距，盡量減少尾流影響，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸和安裝條件

16、選擇機(jī)位。3考慮風(fēng)電場的送變電方案、運(yùn)輸和安裝條件，力求輸電線路長度較短，運(yùn)輸和安裝方便。不宜過分分散，便于管理，節(jié)省土地，充分利用風(fēng)力資源。28風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則 1.當(dāng)盛行主風(fēng)向?yàn)橐粋€(gè)方向或兩個(gè)方向且相互為反方向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排列一般為矩陣式分布。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群排列方向與盛行方向垂直，前后兩排錯(cuò)位。 主風(fēng)向主風(fēng)向29風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則 2.當(dāng)場地存在多個(gè)盛行方向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布一般采用“田”或圓形分布。 30風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則 3.風(fēng)電場布置風(fēng)電機(jī)組時(shí)，在行距（盛行風(fēng)向）上要求機(jī)組間相隔5-9倍風(fēng)輪直徑，在列距（垂直于

17、盛行風(fēng)向）上要求機(jī)組間相隔3-5風(fēng)輪直徑。 梅花型布置圖主風(fēng)向5D-9D3D-5D31風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流效應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流效應(yīng) 風(fēng)經(jīng)過風(fēng)電機(jī)組后將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，從而使風(fēng)速降低，對(duì)后面的風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量產(chǎn)生影響，即尾流效應(yīng)。按基本原則布置風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)電場尾流影響使發(fā)電量減少約5%左右。 32風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案 案例：瓜州某風(fēng)電場，根據(jù)風(fēng)測量數(shù)據(jù)由WAsP9.0生成的風(fēng)圖譜如下，初選機(jī)型為某公司SL1500風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量為49.5MW，試確定風(fēng)機(jī)的排布方案。33風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案初選機(jī)型的主要技術(shù)參數(shù)：機(jī) 型：變槳距、上風(fēng)向、三

18、葉片額定功率：1500kW風(fēng)輪直徑：77m輪轂中心高：65m切入風(fēng)速：3.0m/s額定風(fēng)速：11.5m/s切出風(fēng)速：20m/s最大抗風(fēng)：52.5m/s控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)控制，可遠(yuǎn)程監(jiān)控工作壽命：20年 34風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案 確定布置方案：由風(fēng)圖譜結(jié)果看出，該風(fēng)場常年風(fēng)向和主風(fēng)能方向?yàn)閃和WNW。初選機(jī)型為某公司SL1500風(fēng)機(jī)，分別按4D（南北間距）x8D（東西間距）、 4D（南北間距）x9D（東西間距）、 4D（南北間距）x10D（東西間距）、 5D（南北間距）x8D（東西間距）、 5D（南北間距）x9D（東西間距）、 5D（南北間距）x10D（東西間距）布置進(jìn)行比較。尾流影響比較如下表5.435風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案 布置方案4Dx8D4Dx9D4Dx10D5Dx8D5Dx9D5Dx10D理論發(fā)電量（萬KW.h）16135.716131.816128.116138.516133.516128.7尾流影響后發(fā)電量（萬KW.h）14498.914625.614725.414716.014829.21