新能源科學(xué)與工程-六盤水盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：六盤水盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院：XXXXX學(xué)院專業(yè)：新能源科學(xué)與工程班級(jí)：能源XX學(xué)號(hào)：XXXXXX學(xué)生姓名：XXX指導(dǎo)教師：XXXXXXX2014年5月31日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：日期：頁第1章緒論1.1研究背景及意義全球風(fēng)力發(fā)電在經(jīng)過前幾年的平淡發(fā)展后，目前已迎來了新的發(fā)展熱潮，2014年風(fēng)電新增加的裝機(jī)容量就突破了5億千瓦，其中全球2014年風(fēng)電新裝機(jī)容量排名前五位的是中國、德國、美國、巴西和印度。中國以2319.6萬千萬的新裝機(jī)容量占全球榜首，德國以527.9萬千瓦排名第二，全球排名第三的美國新增裝機(jī)容量達(dá)到485.4萬千瓦。然而在2014年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量排名前五從高到低分別是：中國、美國、德國、西班牙及印度。從國內(nèi)來看，2015年6月底，全國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到1.05億千瓦，中國在十三五規(guī)劃更是重視發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，預(yù)計(jì)到2020年時(shí)，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到2000萬千瓦，并且要讓風(fēng)電與煤電上網(wǎng)電價(jià)相持平。因此為來我國風(fēng)力發(fā)電將迎來一片熱潮，其發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ覈陲L(fēng)力發(fā)電技術(shù)上的研究也已較為成熟。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)也有很多相關(guān)領(lǐng)域及高校進(jìn)行研究并獲得一定的成效，比如：河北科技大學(xué)一名學(xué)生發(fā)表的碩士論文《山地風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)》，通過對(duì)金紫山風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，使風(fēng)能資源得到合理利用，為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值，給風(fēng)電相關(guān)行業(yè)提供借鑒及參考。風(fēng)力發(fā)電利用已成為一種趨勢(shì)，對(duì)風(fēng)能資源的合理、精準(zhǔn)掌握也就成為了各國攻堅(jiān)的技術(shù)之一。利用精準(zhǔn)的風(fēng)資源數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化的規(guī)劃和設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)將對(duì)國家增加發(fā)電量，改善地區(qū)能源結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及改善生態(tài)環(huán)境影響重大。風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生能源，合理利用風(fēng)力發(fā)電對(duì)于改善我國能源結(jié)構(gòu)、提高地方能源供應(yīng)的多樣性和安全性及增加就業(yè)帶動(dòng)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展意義重大。貴州省六盤水市盤縣轎頂山地形相當(dāng)復(fù)雜，風(fēng)電場(chǎng)所處位置離城市較遠(yuǎn)，如果建立風(fēng)電場(chǎng)，則就需要考慮很多因素，在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意氣象數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)較少、可關(guān)聯(lián)性低等問題[1]；通過對(duì)轎頂山風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，可以更高效地將風(fēng)能資源轉(zhuǎn)化為電能，將促進(jìn)貴州省的能源結(jié)構(gòu)的變革，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)方面獲取相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為山地、丘陵等復(fù)雜地形建立風(fēng)電場(chǎng)和以后從事相關(guān)研究提供參考和借鑒。

1.2風(fēng)力資源概述1.2.1風(fēng)力資源的特點(diǎn)風(fēng)力資源是因太陽輻射使地球表面受熱不均，空氣流動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能的自然資源。風(fēng)能屬于可再生新能源，其全球資源蘊(yùn)藏量巨大且分布廣泛，利用過程中污染較小。風(fēng)能利用基本沒有對(duì)環(huán)境的直接污染和影響；風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行噪聲在40~50dB左右，遠(yuǎn)小于汽車的噪聲，在距離風(fēng)電機(jī)組500m外已基本不受影響。由于風(fēng)能是由空氣的流動(dòng)而產(chǎn)生，而其風(fēng)能密度將會(huì)隨著空氣密度的變化而變化，當(dāng)空氣密度很小時(shí)，風(fēng)力能量密度也隨著變得很低。此時(shí)如果想要獲得更多的風(fēng)力，就必須要將風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪做的很大，這對(duì)于安裝風(fēng)力機(jī)難度加大且風(fēng)力機(jī)的使用壽命也受到很大的影響。根據(jù)不同地區(qū)風(fēng)能差異和不穩(wěn)定性；風(fēng)能面臨著地形地物的制約，風(fēng)力發(fā)電的影響比較大，即便是在同一個(gè)區(qū)域，隨著季節(jié)、晝夜、有利地形處風(fēng)力的大小等因素的影響，導(dǎo)致風(fēng)能也就不同，而在風(fēng)能儲(chǔ)存上也涉及這較多問題[2]。這些因素都大大增加了風(fēng)能的利用難度和制約著其發(fā)展。1.2.2風(fēng)力發(fā)電原理隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人類對(duì)風(fēng)的利用有了飛躍的變革；從遠(yuǎn)古風(fēng)車經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，如今在風(fēng)的利用上，已經(jīng)形成了比較成熟的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，人類以風(fēng)力發(fā)電原理為基礎(chǔ)，在利用風(fēng)力發(fā)電的過程中，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展風(fēng)力利用技術(shù)跟著技術(shù)創(chuàng)新，以更優(yōu)、更高效的方式充分利用風(fēng)能資源，為人類社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造更多的價(jià)值。對(duì)風(fēng)力的認(rèn)識(shí)知道風(fēng)力發(fā)電分為陸地風(fēng)力發(fā)電和海上風(fēng)力發(fā)電，但是無論以何種風(fēng)力發(fā)電形式進(jìn)行風(fēng)資源利用，其主要的構(gòu)成設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（簡(jiǎn)稱風(fēng)電機(jī)組）。機(jī)械組中的風(fēng)輪充當(dāng)著風(fēng)電機(jī)組的心臟，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)輪吸收風(fēng)力，為風(fēng)力機(jī)發(fā)電提供源源不斷的機(jī)械能。其中風(fēng)輪包括葉片和輪轂。葉片通過氣流帶動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將空氣動(dòng)力的能量換成機(jī)械能，要求具有較好的空氣動(dòng)力外形；機(jī)械能驅(qū)動(dòng)齒輪箱里面的齒輪旋轉(zhuǎn)并增加轉(zhuǎn)速，牽引發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)變；最后，通過場(chǎng)變壓器將每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能匯集起來傳輸?shù)缴儔浩?，根?jù)電網(wǎng)的要求變壓器將電能升到同電網(wǎng)一樣的電壓等級(jí)電壓，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電[3]。1.2.3世界風(fēng)力資源分布狀況根據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)，全球風(fēng)資源儲(chǔ)量較為可觀，每年有將近1.5×1018KWh的輻射能來自外層空間，其中2.5％的能量在輻射過程中被大氣吸收，被吸收的能量使得大氣受熱不均從而產(chǎn)生大約4.3×l0l2kWh的風(fēng)能。全球風(fēng)資源所占陸地面積及風(fēng)力在3至7級(jí)面積分布情況如表1.1。表1.1全球風(fēng)能資源分布地區(qū)陸地面積(km2)風(fēng)力3~7級(jí)所占的面積（km2）北美193397876拉丁美洲和加勒比184823310西歐47421968東歐和獨(dú)聯(lián)體230496783中東和北非81422566撒哈拉以南非洲72552209太平洋地區(qū)213544188（中國）95971056中亞和南亞4299243總計(jì)10666029143歐洲在整個(gè)歐洲大陸上，大部分地區(qū)的風(fēng)速基本在6至7m/s以上，但是部分地區(qū)如伊比利亞半島中部、意大利北部、等部分東南歐地區(qū)以及土耳其地區(qū)等區(qū)域風(fēng)速較小，在4至5m/s以下。但相對(duì)于全球風(fēng)力資源分布情況來說，歐洲風(fēng)資源相當(dāng)豐富，風(fēng)能利用技術(shù)最為發(fā)達(dá)，其中在沿海地區(qū)風(fēng)資源最為豐富，年平均風(fēng)速到達(dá)9m/s以上[4]。由此觀之，合理利用好風(fēng)資源是對(duì)于地區(qū)能源發(fā)展相當(dāng)重要。亞洲中亞地區(qū)蘊(yùn)含的風(fēng)能十分豐富，在草原和阿拉伯半島及其沿海沙漠大部分地區(qū)很多地區(qū)風(fēng)速都在6至7m/s；蒙古高原風(fēng)速更是到達(dá)9m/s，由于空氣密度低，風(fēng)功率密度就很低，風(fēng)能的利用就不太好；南亞次大陸沿海和亞洲東部及其沿海地區(qū)風(fēng)速也在6m/s以上，但氣候復(fù)雜多變，地震臺(tái)風(fēng)海嘯等自然災(zāi)害較多也不利于風(fēng)能的開發(fā)利用。非洲撒哈拉沙漠沙漠在其以北地區(qū)風(fēng)速基本是6至7m/s以上，以南地區(qū)風(fēng)速較低，大部分地區(qū)均在5m/s以下，部分地區(qū)甚至還不到3m/s，南部不利于開發(fā)利用；南非陸地上風(fēng)資源較好，其風(fēng)速能基本達(dá)到7m/s以上；南部沿海風(fēng)速很大，達(dá)到8至9m/s以上，中東部沿海風(fēng)速也較大，達(dá)到6至7m/s，具有較大風(fēng)資源儲(chǔ)量可開發(fā)利用。中北美洲中北美洲具有豐富的風(fēng)能資源，開發(fā)利用價(jià)值極大。其風(fēng)資源主要分布于北美大陸中東部及其東西部沿海等地區(qū)。由于其開闊平坦地形，美國中部地區(qū)北美大草原及大部分沿海年平均風(fēng)速均在7m/s以上；而在其東西部沿海地區(qū)風(fēng)速可達(dá)到9m/s。南美洲阿根廷均處于風(fēng)資源豐富區(qū)，風(fēng)速均在6m/s以上，其南部地區(qū)的風(fēng)速甚至達(dá)到8至9m/s；巴西東南部的高原地區(qū)風(fēng)速在7m/s以上，安第斯山脈地區(qū)風(fēng)速達(dá)到9m/s以上；沿海東部沿海以及南部沿海地區(qū)的風(fēng)速普遍達(dá)到8至9m/s，南美洲風(fēng)力資源較為豐富，風(fēng)能儲(chǔ)量較大。1.2.4國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)90年代起，環(huán)境汅染和氣候變化等由于能源的濫用從而導(dǎo)致的問題漸漸引起人們的注意，便使風(fēng)力發(fā)電等潔凈的可再生能源進(jìn)行研發(fā)利用也重新使許多國家政府注目，在歐洲，利用風(fēng)的能量來進(jìn)行發(fā)電，這一環(huán)保舉措，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電從實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)入到商業(yè)規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。一般來說大型風(fēng)電機(jī)組大多建造在廣闊、沒有人員進(jìn)行看管的郊區(qū)，在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，建造及運(yùn)行過程中會(huì)受到惡劣氣候的干擾，所以在進(jìn)行示范性的試驗(yàn)時(shí)，樣機(jī)經(jīng)常會(huì)因各種因數(shù)出現(xiàn)各種問題，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性較低。所以，人們?cè)谶M(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，優(yōu)先選用選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小容量、失速調(diào)節(jié)、三葉片、恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，實(shí)踐證明這種機(jī)組相當(dāng)成功。在目前，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)達(dá)到了20世紀(jì)80年代的示范機(jī)組規(guī)模，機(jī)組的效率得到很大的提高是由于機(jī)組實(shí)現(xiàn)變速方式調(diào)節(jié)及變槳距運(yùn)行，并且出現(xiàn)了更先進(jìn)的一種直接由風(fēng)力來推動(dòng)風(fēng)機(jī)工作和雙饋式新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。我國的開發(fā)利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)始于1970年。根據(jù)牧民和農(nóng)民所在地區(qū)的需求，從彷制國外的風(fēng)電機(jī)組到我國的自行研究，我國的風(fēng)力電場(chǎng)建設(shè)也在這時(shí)逐步進(jìn)入起步階段，并把新疆和內(nèi)蒙古作為風(fēng)電場(chǎng)地理位置選擇，安裝了數(shù)臺(tái)國外引進(jìn)的風(fēng)電機(jī)組，以此開始了對(duì)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和示范。在經(jīng)過了15年左右的技術(shù)與經(jīng)歷的發(fā)展，我國風(fēng)力發(fā)電也已大致地弄清了300~500kW的大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。到21世紀(jì)，由于世界各國大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，能源和環(huán)境問題日益突出。使得我國的風(fēng)電技術(shù)漸漸進(jìn)入迅猛的發(fā)展時(shí)期。并且風(fēng)力發(fā)電必將在不就得將來成為我國解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題的的主要方法之一。1.3我國風(fēng)力資源區(qū)域劃分概述中國地大物博，幅員遼闊，地形復(fù)雜，因此風(fēng)能資源的分布特點(diǎn)隨地形和地理位置差異而變化較大。根據(jù)相關(guān)風(fēng)資源類別劃分標(biāo)準(zhǔn)，按年平均風(fēng)速的區(qū)域變化，將我國風(fēng)力資源按各地風(fēng)力資源的不同大體可分為以下4個(gè)區(qū)域，見表1.2[5]表1.2中國風(fēng)力資源區(qū)域劃分區(qū)別平均風(fēng)速（m/s）分布地區(qū)豐富區(qū)＞6.5西北、華北、東北北部地區(qū)、福建等東南沿海、松花江下游、山東和遼東半島較豐富區(qū)5.5～6.5西北、華北、東北地區(qū)南部地區(qū)、東南沿海內(nèi)陸及渤海、青藏高原區(qū)可利用區(qū)3.0～5.5中部、大小興安嶺地區(qū)及兩廣沿海區(qū)貧乏區(qū)＜3.0塔里木盆地、云貴川和南嶺山地區(qū)我國風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在：西北、華北、東北地區(qū)（簡(jiǎn)稱“三北”地區(qū)）；該地區(qū)內(nèi)風(fēng)能功率密度達(dá)到200～300W/m2以上，風(fēng)能資源儲(chǔ)量占到全國陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量的79%左右。全年可利用的小時(shí)數(shù)在5000h至7000h以上，由上可見，該地區(qū)資源條件優(yōu)越，完全具備了建設(shè)大型風(fēng)電基地的條件，擁有巨大的風(fēng)力發(fā)電開發(fā)潛力。

1.4我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀中國正進(jìn)入加速工業(yè)化建設(shè)的深水期，隨著全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，面臨的資源和環(huán)境問題越加凸顯，為此我國大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能等清潔能源。2014年我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到9.64億千瓦，占全國發(fā)電裝機(jī)容量的7%左右。其中風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電量達(dá)到1500億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的2.8%。我國2014年風(fēng)電新裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量排名前五的省份如圖1.1和圖1.2，由圖表可知我國風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)蒙古和甘肅兩個(gè)省份發(fā)展最快，無論是在新裝機(jī)容量還是累計(jì)裝機(jī)容量都在我國排前三，因此加強(qiáng)該省份地區(qū)的風(fēng)能發(fā)電，從部分省份開始帶動(dòng)全國能源的發(fā)展將對(duì)于改善我國能源結(jié)構(gòu)具有重要的意義。圖1.12014年中國風(fēng)電新裝機(jī)容量排名前五的省市圖1.22014年中國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量排名前五的省市1.5貴州省風(fēng)力資源分布及風(fēng)電現(xiàn)狀1.5.1貴州省風(fēng)力資源分布情況根據(jù)貴州風(fēng)能資源詳查和評(píng)估報(bào)告可得，貴州70米高度風(fēng)能資源情況如表1.3表1.3貴州省風(fēng)資源開發(fā)可利用情況表區(qū)間（W/m2）技術(shù)開發(fā)面積（km2）技術(shù)開發(fā)量（萬千瓦）>2002769770>2502002558>3001630456>400568157從地區(qū)來看，貴州風(fēng)資源較為缺乏且分布上也相對(duì)零散。根據(jù)相關(guān)資料可得，貴州風(fēng)能資源西部及中部好于東部、南部及北部，但是風(fēng)資源利用的高值區(qū)分布也相對(duì)零散，分布不均[6]。根據(jù)資料可知貴州省風(fēng)能資源分布如圖1.3。由圖可得較為豐富的區(qū)域主要分布為銅仁市、遵義市東部、畢節(jié)市中北部、市西部，六盤水市南部，黔西南州中南部及黔東南州北部等地區(qū)；缺乏區(qū)主要分布在遵義市西北部、貴陽市北部、黔西南州局部及黔南和黔東南州局部。圖1.3貴州省風(fēng)力資源分布圖1.5.2貴州省風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀從我國風(fēng)力資源分布情況來看，貴州省屬于風(fēng)能資源較差省份之一，其中因其氣候條件惡劣，地形崎嶇，一直以來貴州省被認(rèn)為是風(fēng)資源缺乏的省份。在對(duì)貴州省風(fēng)資源的精確評(píng)估后，經(jīng)過了兩年多時(shí)間，貴州省風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)地發(fā)展。截止2013年底，貴州的風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到了102.36萬千瓦，在建容量達(dá)到了186.45萬千瓦。各市并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量情況如下表1.4表1.42013年貴州省各市并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量情況名稱畢節(jié)市六盤水黔東南州黔南州貴陽市合計(jì)裝機(jī)容量(MW)5439549.6256.579.51023.6從上表可看出畢節(jié)市2013年風(fēng)電裝機(jī)容量占全省的53.5%，由于畢節(jié)地區(qū)風(fēng)力資源相對(duì)于其他市較為豐富，對(duì)于貴州省風(fēng)能利用就主要以畢節(jié)地區(qū)為主的分散式開發(fā)。然而從貴州省以煤為主，以水為輔的能源結(jié)構(gòu)來看，對(duì)于“西南煤海”之稱的貴州來說，為改善貴州日益凸顯的環(huán)境問題及改變能源結(jié)構(gòu)，對(duì)貴州風(fēng)力發(fā)電開發(fā)利用就顯得十分重要。無論是國家還是省政府對(duì)風(fēng)電也給予大力的支持。在2011年，貴州省從2011年到2013獲得的年度裝機(jī)容量分別為：50萬千瓦、100萬千瓦和120.6萬千瓦；在2014年度更是達(dá)到了155.1萬千瓦[7]。然而高原山地風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)更具難度，投資也更大。但是通過合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)還是有開發(fā)利用價(jià)值的，未來，貴州風(fēng)電開發(fā)將一片光明。1.6本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）以六盤水轎頂山風(fēng)電場(chǎng)為基礎(chǔ)，通過收集風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源數(shù)據(jù)，利用WAsP軟件對(duì)風(fēng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)；（2）根據(jù)分析后的風(fēng)資源結(jié)果，運(yùn)用WAsP軟件建立轎頂山風(fēng)電場(chǎng)的矢量地形圖，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)開展風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)化選型及風(fēng)電場(chǎng)微觀選址分析；（3）依據(jù)微觀選址的結(jié)果對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行電氣一次設(shè)計(jì)和電氣主接線繪制。

第2章風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源數(shù)據(jù)分析與評(píng)估2.1數(shù)據(jù)來源新能源門網(wǎng)站。該網(wǎng)站采用高性能計(jì)算服務(wù)器，利用先進(jìn)的中尺度天氣預(yù)報(bào)模式WRF及CFD流體力學(xué)模型，利用四維變分同化技術(shù)將近600座測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)、300多座輻照儀觀測(cè)數(shù)據(jù)、地面觀測(cè)站以及衛(wèi)星、雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行資料同化，提供全國1km分辨率的高精度歷史模擬數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)功率密度等風(fēng)資源數(shù)據(jù)。2.2風(fēng)資源分析2.2.1風(fēng)資源區(qū)域概述貴州省六盤水市盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)分為南北兩個(gè)區(qū)域(經(jīng)度：104o49維度：26o6)，北部區(qū)域位于六盤水市盤縣普古鄉(xiāng)與水城縣龍場(chǎng)鄉(xiāng)交界處，南部區(qū)域位于六盤水市盤縣普古鄉(xiāng)與松河鄉(xiāng)、淤泥鄉(xiāng)交界處。2.2.2風(fēng)速和風(fēng)功率密度數(shù)據(jù)分析根據(jù)獲取的貴州省六盤水市盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)所在地風(fēng)資源數(shù)據(jù)表2，利用WAsP軟件制出全年風(fēng)速和風(fēng)功率密度年變化曲線圖2，從圖中可知風(fēng)場(chǎng)大風(fēng)月出現(xiàn)在2月、3月、4月、5月、6月、7月、9月，風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大；小風(fēng)月出現(xiàn)在1月、8月、10月、11月、12月，風(fēng)速、風(fēng)功率密度較小；風(fēng)速、風(fēng)功率密度在3月份最大，1月份最小。

表2全年風(fēng)速和風(fēng)功率密度年變化時(shí)間10米風(fēng)速（m/s）10米風(fēng)功率（W/m2）70米風(fēng)速（m/s）70米風(fēng)功率（W/m2）14.366.265.03104.725.42125.386.3195.1335.69160.46.46230.3445.43147.056.24217.1955.55134.226.38199.3565.19113.995.98167.3475.2131.056.18208.2584.9108.65.86179.8395.13196.556.09317.15104.7299.085.51158.7114.7295.475.55157.47124.81103.615.68169.93圖2全年10m、70m風(fēng)速和風(fēng)功率密年變化曲線10m、70m風(fēng)速全年變化曲線10、70m風(fēng)功率密度年變化曲線2.2.3風(fēng)速和風(fēng)能頻率分析根據(jù)轎頂山風(fēng)電場(chǎng)所在地全年風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布統(tǒng)計(jì)，表3數(shù)據(jù)，利用WAsP軟件得出該地全年風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布圖3，由圖可知，10m高度處風(fēng)速在1、2、3、4、5、6m/s出現(xiàn)的頻率較高，總和為80.90%；風(fēng)能在15、16、17、18、19、20m/s出現(xiàn)的頻率較高，總和為74.74%；測(cè)風(fēng)塔70m高度處風(fēng)速在2、3、4、5、10、11m/s出現(xiàn)的頻率較高，總和為92.42%；風(fēng)能在14、16、17、20、21、22m/s出現(xiàn)的頻率較高，總和為69.02%。

表3全年風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布統(tǒng)計(jì)表風(fēng)速區(qū)間10m風(fēng)速頻率%10m風(fēng)能頻率%風(fēng)速區(qū)間70m風(fēng)速頻率%70m風(fēng)能頻率%0-17.8400-11.4501-214.140.021-29.380.022-318.520.062-320.370.053-417.210.153-425.70.124-513.50.294-526.020.225-69.690.495-106.331.746-75.940.7810-114.622.317-84.241.1811-122.672.988-93.061.6712-131.483.839-101.82.313-1414.810-111.233.0614-160.457.1111-120.783.9216-170.228.4812-130.385.0617-200.1113.9113-140.296.2920-210.0616.1714-150.167.6921-220.0718.5515-160.099.4816-170.0611.2217-180.0713.3618-190.0415.7519-20017.24圖3全年風(fēng)速和風(fēng)能頻率分布圖10m全年風(fēng)速頻率分布圖70m全年風(fēng)能頻率分布圖10全年風(fēng)能頻率分布圖70m全年風(fēng)能頻率分布圖月平均風(fēng)速5.94m/s，其中3月風(fēng)速最大，5月次之，而1月、8月、10月、11月、12月風(fēng)速最小。風(fēng)速與風(fēng)功率密度變化趨勢(shì)一致，風(fēng)能密度最大約為317.15W/m2，最小約為104.70W/m。2.2.4風(fēng)向頻率和風(fēng)能密度分析表4和表5分別為項(xiàng)目所在地多年平均風(fēng)向頻率和風(fēng)能頻率統(tǒng)計(jì)表，由該表做出的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖見圖4和圖5。圖表結(jié)合可知，項(xiàng)目所在地的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW（西南偏西風(fēng)），占比11.9%。盛行風(fēng)能的方向與主導(dǎo)風(fēng)向一致。表4多年平均風(fēng)向頻率統(tǒng)計(jì)表（%）方位NNNENEENEEESESESSE百分比6.26.5方位SSSWSWWSWWWNWNWNNW百分比7.98.7表5多年平均風(fēng)能頻率統(tǒng)計(jì)表（%）方位NNNENEENEEESESESSE百分比38.7710.694.632.041.0511.211.67方位SSSWSWWSWWWNWNWNNW百分比33.813.243.483.113.034.618.24圖4圖5

表6貴州省六盤水市盤縣70m風(fēng)能資源和氣象統(tǒng)計(jì)表指標(biāo)數(shù)值平均風(fēng)速(m/s)5.94最大風(fēng)速(m/s)23.84最小風(fēng)速(m/s)0.20主導(dǎo)風(fēng)向WSW（西南偏西風(fēng)）平均壓強(qiáng)(Hpa)828.25平均溫度(℃)11.47最高溫度(℃)30.18最低溫度(℃)-10.522.3風(fēng)資源和氣象條件綜合評(píng)價(jià)貴州省六盤水市轎頂山風(fēng)電場(chǎng)所在地主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW（西南偏西風(fēng)）。大風(fēng)月出現(xiàn)在2月、3月、4月、5月、6月、7月、9月，風(fēng)速、風(fēng)功率密度較大；小風(fēng)月出現(xiàn)在1月、8月、10月、11月、12月，風(fēng)速、風(fēng)功率密度較??；風(fēng)速、風(fēng)功率密度在3月份最大，1月份最小。綜合來看：10m高度處的年平均風(fēng)速為4.07m/s，年平均風(fēng)功率密度為123.47W/m2；70m高度處的年平均風(fēng)速為5.94m/s，年平均風(fēng)功率密度192.11W/m2；。參照國家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》(GB/T18710-2002)風(fēng)功率密度等級(jí)劃分情況表2.3可知，貴州省六盤水市盤縣風(fēng)資源等級(jí)為2，可開發(fā)利用風(fēng)能。圖2.3是貴州省六盤水市盤縣風(fēng)資源分布圖。圖2.3貴州省六盤水市盤縣風(fēng)資源分布圖按照國家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》(GB/T18710-2002)風(fēng)功率密度等級(jí)見表2.4，風(fēng)功率密度是風(fēng)場(chǎng)風(fēng)能資源的綜合指標(biāo)。表2.4風(fēng)功率密度等級(jí)風(fēng)功率密度等級(jí)10m高度30m高度50m高度應(yīng)用于并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)功率密度W/m2年平均風(fēng)速參考值m/s風(fēng)功率密度W/m2年平均風(fēng)速參考值m/s風(fēng)功率密度W/m2年平均風(fēng)速參考值m/s1＜1004.4＜1605.1＜2005.6較差2100-1505.1160-2405.9200-3006.4一般3150-2005.6240-3206.5300-4007.0較好4200-2506.0320-4007.0400-5007.5好5250-3006.4400-4807.4500-6008.0很好6300-3507.0480-6408.2600-8008.8很好7350-4009.4640-160011.0800-200011.9很好應(yīng)注意上圖中風(fēng)速參考值依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)條件與風(fēng)場(chǎng)實(shí)際條件的差別：按風(fēng)切變指數(shù)為1/7推算不同高度的年平均風(fēng)速參考值，按海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓及風(fēng)速頻率推算風(fēng)功率密度上限值對(duì)應(yīng)的年平均風(fēng)速參考值[8]。

第3章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備選型及微觀選址及發(fā)電量預(yù)估3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的選型3.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型時(shí)應(yīng)考慮以下因素國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組制造商的制造能力是選址風(fēng)機(jī)選型的首要因素。在近幾年來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要零部件的科技水平有著明顯的提高，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體的生產(chǎn)方面也有著顯著的增強(qiáng)，因此，在關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的抉擇方面也要根據(jù)風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)廠商所掌握的科技水平以及生產(chǎn)出的風(fēng)機(jī)的使用情況來決定[9]。風(fēng)輪在工作時(shí)產(chǎn)出電量的工作效率的調(diào)控方法。風(fēng)輪在工作時(shí)產(chǎn)出電量的工作效率的調(diào)控方法主要有失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)這兩類。在目前的市場(chǎng)上主要是采用變槳距調(diào)節(jié)控制的方式，但兩種控制方式在不同的環(huán)境運(yùn)行時(shí)各有利弊，因此要選擇合適的各自適應(yīng)環(huán)境下工作。（3）風(fēng)電機(jī)組的工作方式。風(fēng)電機(jī)組的工作方式分成變速運(yùn)行和恒速運(yùn)行。恒速工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有點(diǎn)為調(diào)控方便，具有良好的穩(wěn)定性能。其劣勢(shì)為因?yàn)檗D(zhuǎn)速在一般情況下保持不變，并且風(fēng)的速遞總會(huì)發(fā)生改變，所以致使風(fēng)力機(jī)組總會(huì)運(yùn)行于風(fēng)能利用系數(shù)（Cp）比較小的位置處，從而導(dǎo)致不能完全的使用風(fēng)能[10]。變速工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常使用雙饋異步發(fā)電機(jī)或者多極永磁同步發(fā)電機(jī)。（4）電機(jī)的種類。發(fā)電機(jī)的種類包涵異步發(fā)電機(jī)、雙饋感應(yīng)型發(fā)電機(jī)以及多極永磁同步電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)最多使用的是被普遍使用的異步發(fā)電機(jī)，在平時(shí)運(yùn)行的時(shí)候，且當(dāng)產(chǎn)生有用的功率的同時(shí)，必須在風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)中吸取一部分的無用功才可以進(jìn)行正常工作[9]。使用多極永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組，它的發(fā)電機(jī)為外轉(zhuǎn)子型，其轉(zhuǎn)抽處在定子的外面，發(fā)電機(jī)的大小以及外圓直徑比較小，其質(zhì)量也小，便于輸送。（5）風(fēng)力機(jī)傳輸動(dòng)力的方式。風(fēng)力機(jī)傳輸動(dòng)力的方式包涵了齒輪傳動(dòng)方式以及無齒輪箱直驅(qū)方式?，F(xiàn)在，風(fēng)力機(jī)一般都使用齒輪來進(jìn)行傳動(dòng)，雖然花費(fèi)的本錢比較少，然而會(huì)導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率減少、有巨大的雜音，這些便是導(dǎo)致部件發(fā)生故障的重要因素，并且要減小對(duì)部件的耗損程度就必須進(jìn)行潤(rùn)滑與清洗等定期的維護(hù)和保養(yǎng)。使用無齒輪箱的直接驅(qū)動(dòng)的方法會(huì)增大風(fēng)力機(jī)的制造成本，但可以更加有效地增大整個(gè)風(fēng)機(jī)工作的效率和工作穩(wěn)定性。3.1.2風(fēng)電機(jī)組制造商的制造能力國外主要風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠商的狀況描述如下：VestasWindSystemsA/S：位于丹麥的Vestas公司為全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)內(nèi)科技水平最高的廠商，他們的主要做的便是開發(fā)、制造、維護(hù)以及對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)的出售[9]。這家公司于19世紀(jì)70年代末便開始了生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在80年代末其便將目光聚焦在風(fēng)能的使用研討上，此后發(fā)展成為全球風(fēng)電的高科技領(lǐng)軍。BonusEnergyA/S：在1979年后位于丹麥的Bonus公司只在對(duì)當(dāng)時(shí)使用最多的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，并且成為了全球非常出名的生產(chǎn)廠商，在這過程中不間斷的研究出新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)。這家公司的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品為定槳距和主動(dòng)失速型機(jī)組。GEWindEnergy（美國）：這家公司是全球著名的風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠商，在德國、西班牙以及美國的Florida州都有其產(chǎn)地與研究所，所以他們公司所生產(chǎn)的風(fēng)力機(jī)的質(zhì)量好，并且還會(huì)有發(fā)達(dá)的生產(chǎn)技術(shù)與維護(hù)方法等的售后服務(wù)[11]?，F(xiàn)在所制造的風(fēng)力機(jī)的發(fā)電量在1.5MW到3.6MW之間。我國現(xiàn)在主要的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠商有：新疆金風(fēng)科技股份有限公司（Goldwind,金風(fēng)）：在1997年，這家公司從德國遷入了Jacobs600KW的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，并且首先就制造出百余臺(tái)風(fēng)機(jī)。而又在20世紀(jì)初期從德國遷入REpowWR技術(shù)，并且研發(fā)并制造了750KW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，2004年投入市場(chǎng)。金風(fēng)公司的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的產(chǎn)出終結(jié)了中國的風(fēng)電技術(shù)只能靠從國外引進(jìn)的困難。東方汽輪機(jī)公司：簡(jiǎn)稱“東汽”，具有1500KW至5MW大型風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品系列，05年1500KW風(fēng)電機(jī)組已成功投入商業(yè)運(yùn)行，其風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)、葉片、機(jī)架、齒輪箱、罩殼等都能夠自己進(jìn)行生產(chǎn)。3.1.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)選轎頂山風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目總投資70184.54萬元，擬采用單機(jī)容量2000kW機(jī)組共40臺(tái)，總裝機(jī)容量約80MW，平均年上網(wǎng)電量為166.934GW·h，等效滿負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為2087h，單臺(tái)機(jī)組平均年發(fā)電量為4173MW·h。候選風(fēng)機(jī)分別為VestasWindSystemsA/S公司的V66（2.0MW）與V80(2.0MW)，BonusEnergyA/S公司的2MW型;把這三種機(jī)體的類型做對(duì)比，其機(jī)體的特征數(shù)據(jù)如下：葉片數(shù)為3個(gè)葉片額定功率為兩兆瓦風(fēng)輪直徑為66米到80米之間切入風(fēng)速為4米每秒切出風(fēng)速為25米每秒額定風(fēng)速為10.3～12.5米每秒安全風(fēng)速為52.5～59.5米每秒輪轂高度為60米到67米之間表3.1初選型在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度（1.225kg/m3）下功率曲線及推力系數(shù)曲線表風(fēng)速Bonus2MWVestasV66VestasV80(m/s)推力系數(shù)功率(MW)(kW)推力系數(shù)功率(MW)推力系數(shù)功率(MW)40.8570.0430.8040.0330.8180.06750.8580.1330.8240.0940.8060.15460.810.2370.8230.1780.8040.28270.8530.4010.8210.2940.8050.46080.870.6230.8190.4510.8060.69690.8110.8860.8250.6550.8070.996100.7561.1900.7870.9010.7931.341110.6791.5020.7371.1690.7391.661120.5841.7400.6531.4330.7091.866130.5111.8910.5711.6670.4091.958140.4391.9620.51.8430.3141.988150.3831.9880.3931.9430.2491.997160.3381.9960.3091.9850.2021.999170.3011.9990.251.9970.1672.000180.2712.0000.2062.0000.142.000190.2462.0000.1732.0000.1182.000200.2552.0000.1472.0000.1012.000210.2072.0000.1272.0000.0882.000220.1922.0000.112.0000.0762.000230.1792.0000.0962.0000.0672.000240.1682.0000.0842.0000.0592.000250.1582.0000.0842.0000.0522.000利用WAsP軟件繪制出三種風(fēng)機(jī)類型的功率與推力系數(shù)的曲線圖，如圖3.1.1、圖3.1.2、圖3.1.3。圖3.1.1Bonus2MW的功率與推力系數(shù)的曲線圖3.1.2VestasV66的功率與推力系數(shù)的曲線圖3.1.3VestasV80的功率與推力系數(shù)的曲線由以上的風(fēng)電機(jī)組的功率及推力系數(shù)曲線圖可知：VestasV80(2.0MW)風(fēng)機(jī)在平均風(fēng)速到17m/s時(shí)達(dá)到2MW額定功率，此時(shí)推力系數(shù)為0.167；VestasV66（2.0MW）風(fēng)機(jī)在平均風(fēng)速到18m/s是達(dá)到額定功率，推力系數(shù)為0.206；BonusEnergyA/S公司的2MW風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率是平均風(fēng)速為18m/s,此時(shí)推力系數(shù)為0.271.故選擇VestasV80(2.0MW)風(fēng)機(jī)。3.2風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址分析3.2.1微觀選址要求在對(duì)于復(fù)雜地形如山區(qū)、山丘等風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行微觀選址時(shí)，不可以單純地按照類似與平坦地形的原則來決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所要建立的方式，而需按照具體當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)電場(chǎng)地理特征，在進(jìn)行測(cè)量計(jì)算、對(duì)風(fēng)力機(jī)所處位置各個(gè)方位上的風(fēng)力資源進(jìn)行估測(cè)之后，并且還要總體思考不同條件的影響，比如所處地方的土地質(zhì)量、風(fēng)力機(jī)的安放等，最終選擇出最佳的地方來建立風(fēng)力機(jī)。假如位于地形較為繁雜、比較陡峭的山坡上進(jìn)行選取地址，還要考慮風(fēng)電機(jī)組在安裝、運(yùn)輸、吊裝等方面的情況。根據(jù)查閱相關(guān)資料得出微觀選址通常有一下的條件要滿足：（1）在最開始，要針對(duì)建立風(fēng)力機(jī)組的地區(qū)的風(fēng)力資源做出估算，找到風(fēng)力資源較為豐富的地方進(jìn)行安裝；（2）其次根據(jù)由于本設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)地處山區(qū)，通過考慮其具體的地形、道路情況確定適合布置風(fēng)機(jī)的合理位置[12]；在選出合乎情理的安裝地點(diǎn)時(shí)，地面的坡度要相對(duì)較小，不可以超出道路便于達(dá)到的位置；（3）在充分的解決（1）（2）兩個(gè)條件的前提之下，決定風(fēng)力機(jī)之間有著不相同間隔距離也是必須要考慮的，不相同間隔距離相較于風(fēng)力資源的使用狀況所產(chǎn)生的干擾很大；因此要根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)，選擇間隔距離為：主要風(fēng)的方向地點(diǎn)上為3倍的風(fēng)機(jī)風(fēng)輪的直徑，鉛錘于主要風(fēng)的方向上為2倍的風(fēng)力機(jī)間隔距離；（4）確定好風(fēng)機(jī)間距后，以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地形為依據(jù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)上布置，利用WAsP軟件輸入統(tǒng)計(jì)的風(fēng)資源數(shù)據(jù)及地形圖并估算出發(fā)電量、湍流強(qiáng)度及尾流損失等對(duì)微觀選址的影響；因?yàn)榉彪s的地形所受到地形自身的成分干擾相對(duì)大一些，只可以于能夠有安裝的地點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)機(jī)的安裝，此些地點(diǎn)大多處在山區(qū)地區(qū)；類似這些地形的風(fēng)力機(jī)的安裝便會(huì)較為特殊。貴州省六盤水市盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)分為南北兩個(gè)區(qū)域，北部區(qū)域位于六盤水市盤縣普古鄉(xiāng)與水城縣龍場(chǎng)鄉(xiāng)交界處，而南部區(qū)域位于六盤水市盤縣普古鄉(xiāng)與松河鄉(xiāng)、淤泥鄉(xiāng)交界處。在交通方面，水柏鐵路橫穿松河鄉(xiāng)，英柏公路、劉灑公路及松普公路從境內(nèi)通過，且正在興建的水盤高等級(jí)公路橫跨松河，松河火車站的客貨兩通使松河成為盤北地區(qū)重要的交通樞紐和物資集散地，交通便于風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸。3.2.2風(fēng)電機(jī)組布置原則（1）為減小上下主風(fēng)向上各風(fēng)電場(chǎng)間的尾流影響，提高發(fā)電量。根據(jù)國內(nèi)外大型風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)機(jī)間距大于20D時(shí)幾乎無尾流影響，考慮節(jié)約利用土地資源，各風(fēng)電場(chǎng)間距應(yīng)為2～2.5km。（2）根據(jù)場(chǎng)址地形特征確定風(fēng)電機(jī)組布置。該區(qū)域地形起伏較大，風(fēng)能資源情況也存在差異，故采用不規(guī)則排布，風(fēng)機(jī)位置選擇風(fēng)能資源和施工條件良好的位置。（3）為了使風(fēng)力資源得到充分利用，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)排布按垂直于主風(fēng)能方向，確定合理的風(fēng)機(jī)排布間距，在盡可能減小尾流影響、增加發(fā)電量的同時(shí)使風(fēng)機(jī)布置較為集中，節(jié)約利用土地資源[12]。（4)減少風(fēng)電場(chǎng)配套工程投資[13]。（5）對(duì)于像礦產(chǎn)壓覆區(qū)域、文物古跡、自然保護(hù)區(qū)等國家保護(hù)地應(yīng)安相關(guān)規(guī)定避讓。3.2.3風(fēng)電機(jī)組布置根據(jù)上述的要求及原則，六盤水市盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址有山谷，山丘等，風(fēng)電場(chǎng)址呈梯形，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)地形圖3.2所示，本次設(shè)計(jì)以單機(jī)容量為2.0MW的VestasV80機(jī)型40臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行風(fēng)機(jī)布置分析。圖3.2.3轎頂山風(fēng)電場(chǎng)地形圖3.2.4風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)排布根據(jù)風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)論，風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域主風(fēng)能方向?yàn)橹鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW（西南偏西風(fēng)）。為充分利用風(fēng)能資源發(fā)電，本次設(shè)計(jì)按垂直于主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW（西南偏西風(fēng)）方案進(jìn)行，選擇風(fēng)機(jī)間距為350-400m，在WAsP軟件上建立風(fēng)電機(jī)組，其最優(yōu)的排布如圖3.2.4。圖3.2.4風(fēng)機(jī)布置圖3.3年上網(wǎng)電量估算（1）根據(jù)相關(guān)原理每年發(fā)電量推算通過綜合性的分析，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)年上網(wǎng)電量估算采用某測(cè)風(fēng)塔2014至2015年完整一年的代表年測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、推薦機(jī)型風(fēng)機(jī)布置方案、1：50000和1:10000地形圖，使用合適的集體型號(hào)所得出的關(guān)于在當(dāng)?shù)氐目諝饷芏认碌膭?dòng)態(tài)功率曲線以及推力系數(shù)曲線，并使用WAsP軟件來估算發(fā)電量，得到本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的理論年發(fā)電量。（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的利用率按照現(xiàn)在各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)技術(shù)能力以及這個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)相關(guān)的實(shí)際因素，本篇設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)其可利用率取為95%。（3）風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率風(fēng)電機(jī)組廠商對(duì)功率曲線的保證率一般為95%，本次在計(jì)算發(fā)電量時(shí)采用風(fēng)電場(chǎng)空氣密度1.225kg/m3下的風(fēng)電機(jī)組功率曲線，本次功率曲線的保證率取95%[16]。（4）風(fēng)機(jī)的葉片由于受到環(huán)境因素的磨損而導(dǎo)致其表面的粗糙程度增大，葉片類型的空氣動(dòng)力特征降低，進(jìn)而減弱了風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)能的獲取性能?？紤]本風(fēng)場(chǎng)風(fēng)沙較大，沙塵暴災(zāi)害較為嚴(yán)重，葉片污染折減系數(shù)取2%。（5）場(chǎng)用電、線損等能量損耗參考國內(nèi)已運(yùn)行的同類型風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)用電及線損情況，粗略的推算此風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的場(chǎng)用電與輸電線路、箱式變電站的損耗約為總發(fā)電量的3%。（6）還有一些不能確定或者難以確定的條件的干擾，如軟件計(jì)算誤差等不確定因素，按1%考慮。經(jīng)以上綜合折減后（綜合折減系數(shù)為30%）本風(fēng)電場(chǎng)推薦方案發(fā)電量成果見表5.9。表3.3風(fēng)電場(chǎng)工程發(fā)電量計(jì)序號(hào)項(xiàng)目單位VestasV801裝機(jī)容量MW802單機(jī)容量MW23臺(tái)數(shù)臺(tái)404葉片直徑m805輪轂高度m676理論發(fā)電量 萬KW.h166927凈發(fā)電量萬kW.h143568上網(wǎng)電量GW.h136.9349利用小時(shí)數(shù)h201710推力系數(shù)0.167由表3.3可看出，VestasV80機(jī)型估算年上網(wǎng)電量為13693GW.h，凈發(fā)電量為14356萬Kw.h年利用小時(shí)數(shù)為2017h。轎頂山風(fēng)電場(chǎng)與預(yù)計(jì)擬定的容量平均年上網(wǎng)電量為166.934GW·h，等效滿負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為2087h，單臺(tái)機(jī)組平均年發(fā)電量為4173MW·h接近。

第4章電氣一次設(shè)計(jì)分析4.1主接線設(shè)計(jì)原則及要求電氣主接線又叫一次接線，其過程是利用線路將發(fā)電廠、變電站、和用戶連成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)一次接線時(shí)，必須結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，根據(jù)選擇的主、場(chǎng)變壓器和箱式變壓器的規(guī)格按照相應(yīng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在繪制接線圖時(shí)，規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)應(yīng)重視，并按工作順序排列，詳細(xì)地表示電路中的設(shè)備，繪制主接線電路圖[14]。主接線的設(shè)計(jì)關(guān)系到所有電氣設(shè)備的選擇，同時(shí)關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電、變電、輸電和用電等環(huán)節(jié)靠主接線的路程進(jìn)行，因此合理設(shè)計(jì)主接線將對(duì)地方經(jīng)濟(jì)和人民幸福生活起到積極的作用[17]。但是主接線的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題，所涉及的問題眾多不僅須要國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的支持，還必須協(xié)調(diào)好各方面的關(guān)系。根據(jù)查閱相關(guān)資料，及風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)可擬定本設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)80MW，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)到達(dá)2087小時(shí)，由此可知本次設(shè)計(jì)的風(fēng)電場(chǎng)屬于裝機(jī)規(guī)模在80MW左右的中型入網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)，故可以采用110kV及左右電壓等級(jí)接入該電器系統(tǒng)。4.2主要電氣設(shè)備選擇4.2.1變壓器的選擇一般大型風(fēng)電場(chǎng)中常采用二級(jí)或是三級(jí)升壓的結(jié)構(gòu)，由于本風(fēng)電場(chǎng)屬于中型，采用二級(jí)較為合適，在將風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能傳輸?shù)诫娋W(wǎng)就需要變壓器的升壓。故此過程需要的變壓器主要有：箱式變壓器、主變壓器及場(chǎng)用變壓器。1）箱式變壓器選擇箱式變壓器主要分為歐式和美式（組合式變壓器），由于其體積大、在負(fù)荷能力與供電可靠性上歐式比美式的強(qiáng)，故我國一般采用的是歐式式箱式變壓器。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的特殊環(huán)境，對(duì)箱式變壓器使用方面有一定的要求：首先變壓器空載時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。其次變壓器過載的時(shí)間要少，且運(yùn)行環(huán)境不能太惡劣。最后變壓器的箱體在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久度等指標(biāo)上嚴(yán)格能夠適用于特殊的風(fēng)電場(chǎng)。。通過查找型號(hào)資料，根據(jù)上述要求次風(fēng)電場(chǎng)適合選用佛山諾亞電器有限公司的35KV油浸式變壓器SZ11-2000/35型。主要參數(shù)見表4.2.1。此種變壓器設(shè)計(jì)合理，并優(yōu)化絕緣工藝，提高了機(jī)械強(qiáng)度和抗短路能力。且采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，表面涂固化漆，降低了損耗和噪聲。外形美觀大方、運(yùn)行可靠。符合此設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的選型要求。表4.2.1箱式變壓器參數(shù)型號(hào)SZ11-2000/35電壓組合/kV35/0.025額定容量2000kVA空載損耗2.3kW負(fù)載損耗19.24kW短路阻抗（%）6.5聯(lián)結(jié)組別為Yd11Ynd112）主變壓器和場(chǎng)變壓器選擇查閱資料可知，本次設(shè)計(jì)采用一臺(tái)型號(hào)為SZ10-40000/110主變壓器和兩臺(tái)變比為分別為35/0.4、10/0.4的無勵(lì)磁調(diào)壓配電變壓器型號(hào)為S11-250/35和SC-250/10的場(chǎng)變壓器。其主要變壓器的主要參數(shù)如下表4.2、4.3和4.4。表4.2主變壓器參數(shù)型號(hào)SZ10-40000/110高壓（110±8）kV低壓35kV額定容量40000kVA空載損耗31.3kW負(fù)載損耗148kW短路阻抗10.5%聯(lián)結(jié)組別YNd11表4.3場(chǎng)用變壓器35/0.4型號(hào)S11-250/35高壓(35±5%)kV低壓0.4kV額定容量250kVA空載損耗0.41kW負(fù)載損耗3.95kW短路阻抗6.5%聯(lián)結(jié)組別Yyn0

表4-4場(chǎng)用變壓器10/0.4型號(hào)SC-250/10高壓(10±2×2.5%)kV低壓0.4kV額定容量250kVA空載損耗0.75kW負(fù)載損耗2.88kW短路阻抗4%聯(lián)結(jié)組別Dyn114.2.1斷路器的選擇根據(jù)斷路器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)差異，在選擇時(shí)應(yīng)注意其適合風(fēng)電場(chǎng)的合理選擇，其分類主要有多油式、少油式斷路器、壓縮空氣斷路器及斷路器和真空斷路器，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況選擇合適的斷路器。通過查閱相關(guān)資料，本風(fēng)電場(chǎng)適合選用35kV及以下電壓等級(jí)的斷路器，類型可以選擇戶內(nèi)式少油斷路器，也可以選擇真空斷路器或是SF6型的斷路器。4.2.2互感器的選擇本設(shè)計(jì)所選的互感器分為電流互感器和電壓互感器，在選擇時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：首先在選擇互感器時(shí)，根據(jù)其自身技術(shù)條件、型號(hào)、額定電壓等參數(shù)選擇適合本設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)所需的互感器型號(hào)，確定是以選擇戶內(nèi)式為35KV以下還是35KV以上為戶外接入所需系統(tǒng)；其次確定所需電流互感器和電流互感器型號(hào)；最后對(duì)所選的電流、電壓互感器進(jìn)行熱穩(wěn)定和準(zhǔn)確度校驗(yàn)。4.3電氣主接線繪制本風(fēng)電場(chǎng)的主接線分為風(fēng)電機(jī)組、升壓變電站以及場(chǎng)用電側(cè)。在設(shè)計(jì)主接線時(shí)首先應(yīng)考慮風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)側(cè)的接線，結(jié)合本設(shè)計(jì)情況選擇出口電壓為690V；接入場(chǎng)變壓器后升壓至本次設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)35V的電壓，在考慮到技術(shù)要求、建設(shè)及維護(hù)成本等因素上，此設(shè)計(jì)合理。將40臺(tái)風(fēng)電機(jī)組分為5組，每組8臺(tái)，每一組經(jīng)收集電系統(tǒng)將風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)的電能按組收集起來的裝置集中放在一個(gè)箱式變電所中[18]。根據(jù)以上電氣的選擇，通過合理的布局及設(shè)計(jì)繪制風(fēng)電場(chǎng)電氣一次主接線圖見圖4.3.1，圖4.3.2。圖4.3.1風(fēng)電場(chǎng)升壓站主接線一次接線繪制圖圖4.3.2風(fēng)電場(chǎng)外送電能接線方式

第5章結(jié)論能源轉(zhuǎn)型、能源變革、能源革命，能源引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)。在風(fēng)力發(fā)電利用技術(shù)越來越成熟的今天，發(fā)展能源將改變國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大國家綜合國力。因此發(fā)展風(fēng)能受到了全球各國的高度重視，有些國家更是將發(fā)展風(fēng)力作為國家能源戰(zhàn)略布局。然而為了使風(fēng)力資源得到更高效合理的利用，讓一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目能夠獲得最大的收益就成為了人們最為看重的問題，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)也就顯得尤為重要。本次設(shè)計(jì)是以六盤水市盤縣轎頂山風(fēng)電場(chǎng)為依據(jù)，利用WAsP軟件對(duì)轎頂山風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行該地風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。通過對(duì)轎頂山風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，進(jìn)行微觀選址和電氣一次設(shè)計(jì)，更高效地將風(fēng)能資源轉(zhuǎn)化為電能，獲得風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),為今后開發(fā)山地風(fēng)電場(chǎng)提供參考和借鑒。最后得出以下結(jié)論：1）貴州省六盤水市轎頂山風(fēng)電場(chǎng)所在地主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW（西南偏西風(fēng)）10m高度處的年平均風(fēng)速為4.07m/s，年平均風(fēng)功率密度為123.47W/m2；70m高度處的年平均風(fēng)速為5.94m/s，年平均風(fēng)功率密度192.11W/m2；。參照國家風(fēng)力資源等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，貴州省六盤水市盤縣風(fēng)資源等級(jí)為2，風(fēng)資源具有一定可開發(fā)利用的價(jià)值。2）根據(jù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源的分析結(jié)果結(jié)合查找相關(guān)的資料，使用WAsP軟件繪制風(fēng)電機(jī)組的功率及推力系數(shù)曲線，并在風(fēng)電場(chǎng)選擇了VestasV80(2.0MW)的風(fēng)機(jī)。在選擇風(fēng)機(jī)后，通過機(jī)型位置確定，對(duì)