2022風電場選址及運行維護

風電場選址及運行、維護風電場選址及運行、維護主要內容第一節(jié) 風能資源評估第二節(jié) 風電場風機選型和發(fā)電量估算第三節(jié) 風電場微觀、宏觀選址第四節(jié) 風資源評估常用軟件介紹第五節(jié) 地形、氣候對風電場的影響第六節(jié) 風力發(fā)電機組常見故障及維護第一節(jié) 風能資源的評估資料收集及分析從地方氣象臺收集氣象、地理及地質數據資料。整理該地區(qū)10年以上（最好為30年）的風速、溫度、氣壓平均值及極值，以及極端天氣情況。風能資源普查分區(qū)以整理得到的氣象數據為依據，按標準劃可利用區(qū)。第一節(jié) 風能資源的評估風電場宏觀選址根據風能資源普查結果并結合現場踏勘，對初選的風能可利用區(qū)的地形地貌、地質、交通、電網及其他外部條件進行評估比較，結合選擇最合適的區(qū)域。第一節(jié) 風能資源的評估風電場風況觀測風氣候。為滿足微觀選址對代表性風速和風向初選區(qū)域內樹立不少于2行不短于1年的測風，內容包括風速、風向、溫度、氣壓。測風儀應安裝在測風塔的10m、30m、50m、70m高度甚至更高。第一節(jié) 風能資源的評估第一節(jié) 風能資源的評估風力發(fā)電機組微觀選址在宏觀選定的場址內，根據地形地第一節(jié) 風能資源的評估風能資源評估參數平均風速（年平均風速、極端風速）風廓線風功率密度風能密度主要風向年風能可利用時間湍流第一節(jié) 風能資源的評估平均風速依據該地區(qū)多年的氣象站數據及測風塔一年的測風數據（每10分鐘間隔的風速數據），計算得到年平均風速大于6m/s（合4級風）的地區(qū)才適合建設風電場。第一節(jié) 風能資源的評估極端風速風電行業(yè)表征極端風速的方式有最大風速和極大風速最大風速：給定時段10min內的平均風速的最大值。極大風速：給定時段內的瞬時（一般取3s均值）的最大值。風電行業(yè)最關心的時間段為50a，即通常所說的50a一遇。50年一遇極端風速是基于歷史統(tǒng)計數據得出的一個統(tǒng)計數值這其中引入了概率的概念。 50年一遇是指可能發(fā)生，并不一定發(fā)生，當然也并不是一定不發(fā)生。第一節(jié) 風能資源的評估2.風廓線因為氣體的粘性及地表的粗糙度的不同，風速沿高度方向是變化的，符合對數和指數分布規(guī)律。第一節(jié) 風能資源的評估風功率密度與風向垂直的單位面積中風所具有的功率。它和空氣密度和風速有關。風功率密度越高，該地區(qū)風能資源越好，風能利用率越高。第一節(jié) 風能資源的評估4.風能密度在設定時間段與風向垂直的單位面積中所具有的能量。第一節(jié) 風能資源的評估主要風向分布風向及其變化范圍決定風電機組在風場中的確切的的出力。因此，主要盛行風向及其變化范圍要準確。第一節(jié) 風能資源的評估年風能可利用時間指一年中風力發(fā)電機組在有效風速范圍（一般取3-25m/s）內的運行時間。一般年風能可利用小時數大于2000h的地區(qū)為風能可利用區(qū)。第一節(jié) 風能資源的評估7.湍流短時間（風資源評估一般取10分鐘）內的風速流動。湍流產生的原因：1）當空氣流動時，由于地形差異造成的與地表的摩擦；2）由于空氣密度差異和氣溫變化的熱效應導致空氣氣團的垂直運動。第二節(jié) 風電場風機選型和發(fā)電量估算1 風力發(fā)電機組選型2 不同機型發(fā)電量估算3 不同機型綜合經濟比較4 機型選擇推薦意見5 風電機組布置推薦方案1風力發(fā)電機組選型1.1 風能資源分析通過對測風塔的數據進行分析，得出代表年50m～80m。根據《風電場風能資源測量方法》（GB-T18710-2002）可以判斷風功率密度等級，一般來說，風功率密度達到3級以上，風電場才有開發(fā)價值。各測風塔的風能主要集中某幾個扇區(qū)，盛行風向穩(wěn)定風能資源的有效利用。根據風電場65～85m輪轂高度處50年一遇最大風速輪轂高度處15m/s風速區(qū)間的湍流強度擇的風力發(fā)電機組類別。1風力發(fā)電機組選型1.1 風能資源分析風力機等級的基本參數Vref為10min平均參考風速，風力發(fā)電機組s級設計是在近海安裝的特殊條件，其他為標準等級，設計壽命至少20年。1風力發(fā)電機組選型1.2機型范圍初選經濟性會相對較高。在進行單機容量選擇于本項目的容量范圍，然后在該范圍內選擇一種技術成熟、市場業(yè)績良好并且經濟性較高的機型。1風力發(fā)電機組選型1.2 機型范圍初選風電機組選型要考慮的幾個因素一、風輪輸出功率控制方式風輪輸出功率控制方式分為失速調節(jié)和變槳距調節(jié)高傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。采用變槳距調節(jié)方式的風電機組居多。1風力發(fā)電機組選型1.2 機型范圍初選風電機組選型要考慮的幾個因素二、風電機組的運行方式風電機組的運行方式分為變速運行與恒速運行電機組的好處是控制簡單，可靠性好系數(Cp)較低的點上，風能得不到充分利用。葉尖速比接近最佳，從而機組的運行效率。1風力發(fā)電機組選型1.2 機型范圍初選風電機組選型要考慮的幾個因素三、發(fā)電機的類型發(fā)電機的類型包括異步發(fā)電機、雙饋感應型發(fā)電機和多極永磁同步電機。風力發(fā)電機大多采用普通的異步發(fā)電機，正常運行中在發(fā)出有功功率的同時，需要從電力系統(tǒng)吸收一定的無功功率才能正常運行(機端的電容補償只能減少從電力系統(tǒng)吸收無功功率的數量)，雙饋感應型風力發(fā)電機的功率因數(COSφ)可以在+0.95～-0.95之間變化，也就是說可以根據電提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。1風力發(fā)電機組選型1.2 機型范圍初選四、風力發(fā)電機組的傳動方式風力發(fā)電機的傳動方式包括齒輪傳動方式與無齒輪箱直驅方式目前，風力發(fā)電機大多采用齒輪傳動電轉換效率、產生噪音，是造成機械故障的主要原因減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護機的設計成本。單一機型方案進行風力發(fā)電機組的優(yōu)化布置。1風力發(fā)電機組選型1.3 風電機組總體布置布置機位時需要考慮地形地貌、面障礙物布置，實現在有限的場區(qū)范圍內達到成本的目標。在軟件優(yōu)化的基礎上手工調整源，減少集電線路長度，方便運輸安裝。1風力發(fā)電機組選型1.4輪轂高度優(yōu)化計算各機型不同輪轂安裝高度下的發(fā)電量，發(fā)電量增加的同時風機與塔架的運輸與安裝難度增大，礎加固引起的基本投資增加技術成熟程度和裝機運行安全可靠性等因素對高度的發(fā)電量與經濟性轂安裝高度。2不同機型發(fā)電量估算2.1年理論發(fā)電量及單機尾流的計算風機的年凈發(fā)電量（尾流折減后），組的尾流損失。2不同機型發(fā)電量估算2.2 空氣密度修正系數由于風功率密度與空氣密度成正比，在相同的風速條件下，度不同則風電機組出力不一樣，風電場年上網電量估算應進行空氣密度修正。因此需要對軟件在標準空氣密度條件下計算得到的發(fā)電量進行修正。原理上可根據風功率密度與空氣密度成正比的特點，將標準空氣密度對應下的功率曲線估算的結果乘以空氣密度修正系數進行空氣密度修正。當實測空氣密度偏離標準空氣密度較大時，按正比關系進行修正的誤差較大。根據風電場具體風資源情況，結合各機型的功率曲線，計算不同機型在對應輪轂高度處能達到額定功率前的理論發(fā)電量所占比例，僅對風機滿發(fā)前的發(fā)電量按照空氣密度正比關系修正進行折減。2不同機型發(fā)電量估算2.3控制和湍流折減行狀態(tài)，變化，使風機的輸出功率減小。根據風電場流強度值值，控制和湍流系數一般取97%左右。2不同機型發(fā)電量估算2.4 葉片污染折減葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動性能下降。根據夏季昆蟲多少、冬季葉片結冰等情況，判斷可能造成的葉片污染程度，對葉片污染折減系數取值，一般污染系數取97%左右。2不同機型發(fā)電量估算2.5 風電機組利用率為定期檢修和日常排故維護小風月，根據電場的運行經驗，一般風電場風力發(fā)電機組的可利用率為95%。2不同機型發(fā)電量估算2.6 功率曲線折減考慮到風電機組廠家對功率曲線的保證率一般為證率95%。2.7 場用電、線損等能量損耗根據風電場地形復雜程度，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、機組變電站損耗占總發(fā)電量的百分比，一般能量損耗系數為95%右。2不同機型發(fā)電量估算2.8 氣候影響停機根據風電場區(qū)域冬季低溫氣溫天數、風力發(fā)電機組適應的溫度范圍等情況，當風場的氣溫超出它的適應范圍，風機將不再發(fā)電。低溫環(huán)境下，風機的運行效率有所下降，且風機停機再啟動需要溫度回升區(qū)間。另外當氣溫下降到-10℃響，0℃能，使發(fā)電量降低。一般北方寒冷地區(qū)風電場低溫氣候影響折減按95%左右考慮。2不同機型發(fā)電量估算2.9 總折減系數根據上述各項折減系數，計算出不同機型對應的總折減系數。2不同機型發(fā)電量估算2.10 年上網電量測算根據風電場各種機型風機年理論發(fā)電量扣除上述發(fā)電量失，即得出年上網發(fā)電量，從發(fā)電量指標角度，對各種機型進行比較。3不同機型綜合經濟比較評價一種機型的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時來考慮，應綜合經濟風電機組的價格、塔架、底座、箱變、電纜、公路以及變電站等也都是影響對風電機組進行綜合指標比較，以最終確定風電場機組選型。4機型選擇推薦意見素：一是所推薦機型方案的發(fā)電量指標優(yōu)越該方案投資經濟指標合理方案上網電價低機型方案。根據風機在發(fā)電量、機組投資、上網電價案，以此作為進一步工程設計的依據。5風電機組布置推薦方案對優(yōu)選的機型進行進一步優(yōu)化布置，考慮整體規(guī)劃的影響，既要保證風機間距以減小尾流損失又要考慮風機的相對集中布置以減少集電線路及道路的投資；不僅考慮每個機位最優(yōu)，而且考慮各風機之間的相互影響與風機長期穩(wěn)定運行的安全性，從而保證整個風電場的發(fā)電量最大，效益最好。第三節(jié) 風電場宏觀、微觀選址風電場宏觀選址風電場宏觀選址風能質量好、最具利用價值的小區(qū)域的過程活、電網用戶等多方面的問題。風電場宏觀選址宏觀選址主要按如下條件進行（10點）：1.選取風能質量好的地區(qū)年平均風速較高風功率密度大風頻分布好可利用小時數高風電場宏觀選址宏觀選址主要條件2.風向基本穩(wěn)定主要有一個或兩個盛行風向（盛行風向：指出現頻）。行主風向且?guī)缀跸喾矗@種情況對布機有利。也有雖然風況較好，但沒有固定的盛行風向的地區(qū)。這種情況布機復雜。風電場宏觀選址3.風速變化小盡量不要有較大的風速日變化和季節(jié)變化。4.風垂直切變小要考慮因地面粗糙度引起的不同風速廓線。在風機高度范圍內，如風垂直切變非常大，對機組運行十分不利。風電場宏觀選址5.湍流強度小風機上游障礙物產生的無規(guī)則的所以選址時盡量避開粗糙地面和高大建筑物。一般輪轂高度應高出障礙物8-10m以上，距障礙物的距離為5-10倍障礙物高度。風電場宏觀選址宏觀選址主要條件6.避開災難性天氣頻發(fā)地區(qū)災害性天氣包括臺風、龍卷風、雷電、沙暴、覆冰、鹽霧等，對風電機組具有破壞性。選址時要參考地區(qū)氣象站對歷年災害性天氣出現頻度的統(tǒng)計，在機組選型和選址上采取措施。風電場宏觀選址宏觀選址主要條件7.盡量靠近電網要考慮電網現有容量、容量，以及風電場的風電場宏觀選址宏觀選址主要條件8.交通方便要考慮所選定風電場交通運輸情況，設備供應運輸是否便利，運輸路段及橋梁的承載力是否適合風電設備運輸車輛。風電場宏觀選址宏觀選址主要條件對環(huán)境不利影響小為保護生態(tài)，選址時盡量避開鳥類飛行路線，候鳥及動物停留地帶及動物筑巢去，盡量減少占用植備面積。地理情況（5條）要選擇在地貌單一地區(qū)，擾流影響小。要考慮所選區(qū)域內的土質是否適合挖掘建設施工。要有該地區(qū)詳細的水文地質資料并依照工程設計標準評定。要遠離人口密集區(qū)、地震風電場微觀選址1 任務與目的2 現場考察3 選址原則4 軟件計算流程任務與目的微觀選址工作主要任務內進行現場踏勘，利用計算軟件裝機容量以及風電機組裝機臺數各風電機組的具體位置坐標步的勘測設計等工作?，F場考察現場考察工作主要包括：場區(qū)內樹林、農田、房屋等分布情況。在已確定開發(fā)建設的場區(qū)內，風電場宏觀選址后最大點初步布置機位，然后再結合地形地貌特點考核機位規(guī)避農田、林地、湖泊及其它地面障礙物。裝條件的選擇是否合理，如吊裝空間、吊裝設備擺放及進出道路、設備堆放等，經過綜合經濟技術比較，最終確定風力發(fā)電機組的微觀位置。微觀選址原則風力發(fā)電機組的布置，要充分考慮各方面的影響因素，有以下幾點：1) 風力發(fā)電機組垂直于主導風能方向排列；2) 充分利用風電場的土地；3) 風電機組之間行、列距的要求；4) 將其影響降到最低；5) 合理利用風電場的測站訂正后的測風資料；微觀選址原則6) 考慮風電機組之間的相互影響后盡量縮短7) 地區(qū)；8) 盡量避免對現有植被的破壞；9) 盡量避開防護林及農用土地；10)盡量考慮與周邊風電場風電機組相互避讓；11)互影響。4軟件計算流程目前，國內微觀選址通常采用國際上較為流行的風電場設計軟件WASP及WindFarmer進行風況建模，建模過程如下：轂高度的風資源柵格文件滿足精度及高度要求的WindFarmer的三個輸入文件，包括：的風資源柵格文件及測風高度的風資源風頻表文件。采用關聯(lián)的方法在WindFarmer軟件中輸入WASP軟件形成的三個文件，輸入三維的數字化地形圖(1:10000或1:5000)，地形復雜的ft地風電場應采用1:5000地形圖，輸入風電場空氣密度下的風機功率曲線及推力曲線，設定風機的布置范圍及風機數量，設定粗糙度、湍流強度、風機最小間距、坡度、噪聲等，考慮風電場發(fā)電量的各種折減系數，采用修正PARK尾流模型進行風機優(yōu)化排布。根據優(yōu)化結果的坐標，利用GPS到現場踏勘定點，根據現場地形地貌條件和施工安裝條件進行了機位微調，并利用GPS測得新的坐標，然后將現場的定點坐標輸入windfarmer中，采用尾流模型對風電場每臺風機發(fā)電量及尾流損失的精確計算。第四節(jié) 風資源評估常用軟件介紹1 WAsP2 WindFarmer3 WindPro4 WindSim風資源評估常用軟件介紹隨著數值模擬技術的快速發(fā)展,也由于資定局限性,越來越多的高分辨率氣象模式選址工作中.目前，最常用的風電場微觀選址及風資源評估的軟件有：1 WAsP2 WindFarmer3 WindPro4 WindSimWAsP1. WAsP：WAsP(Wind Atlas Analysisand Application Program)RISΦ實驗室開發(fā)，是基于比較平坦的圍100km2范圍內的風能資源分布。WasP軟件對風能資源評估適用于區(qū)域面積小，地形相對平坦地區(qū)。WAsP其它軟件配合使用。WAsPWAsPWASP的主要功能可由以下四部分組成：1、原始數據的分析 原始數據的分析主要是指氣象數據的分析據進行分析。將原始數據編輯成直方圖表，即為WASP，WASP將所輸入讀數錯誤等，主要是有效風區(qū)域內的統(tǒng)計值參與計算，單位m/s2、風圖譜數據的產生 表示風速的直方圖表可以轉換成圖譜數據組察測量按場地的特殊地形條件關系而得到“凈化”，呈現其真實量。3、風氣候估算 應用由WASP產生風圖譜的逆運算步驟可估算出任何特殊點的風氣候參數及風的扇區(qū)分布情況而估算。4、潛在風能估算 可計算平均風的總能量值。此外，量，這由給WASP提供相應風力機的標準功率曲線而計算。WindFarmerGH WindFarmer是有效的風電場設計優(yōu)化軟件工具。它綜合了各方面的數據處理、風電場評估，并集成在一個程序中快速精確地計算處理。用戶可以通過GH WindFarmer自動有效地進行風電場布局優(yōu)化，使其產能最大化并符合環(huán)境、技術和建造的要求。GH WindFarmer可生成高質量風電場環(huán)境影響評估文檔，包括噪音、陰影閃爍（shadow 雷達、累積影響。風電場的視覺影響可以通過采用動態(tài)或靜態(tài)視覺圖像、虛擬漫游（Fly-through）或集錦照片的方式演示。GH WindFarmer全球24小時具有技術支持。WindFarmerWindFarmerGHWindFarmer包含以下幾個功能模塊：（a）基礎模塊：基礎模塊是GHWindFarmer積分析、與WAsP和其他風力流動模型軟件的連接界面。 （b）可視化模塊：可視化模塊用于在實際建造前模擬和演示風電場片等。 （c）MCP+模塊：MCP+模塊提供了所有測量風力數據的評估工具，測聯(lián)。 （d）紊流強度模塊風機性能和風機負載模型。 （e）金融模塊估，用戶可以采用自己的金融模型或軟件中自帶的金融模型。器、電力電纜的超載檢查和計算電力損耗。（g）陰影閃爍模塊產生的陰影閃爍。確定風機產生的陰影閃爍機理和時間間隔。WindProWindPRO是丹麥EMD公司開發(fā)的風電場規(guī)劃設計軟件，經過20的發(fā)展，WindPRO已成為使用最廣泛、用戶界面最友好的風能資源評估與風電場設計軟件之一。WindPRO是基于對象的模塊化軟件，除了基本的BASIS模塊外，用戶可根據需要和預算自由選擇模塊。WindPRO以WAsP為計算引擎，相對于單獨使用WAsP，WindPRO與WAsP聯(lián)合使用具有許多優(yōu)點：如方便靈活的測風數據分析場發(fā)電量計算，并提供多種尾流模型數據庫，包括功率曲線、噪聲排放及可視化信息等。此外，WindPRO還能實現短期測風數據的長期相關性分析；詳的計算報告；兼容多種數字化資源文件，如衛(wèi)星照片、SRTM（Shuttle Radar Topological Mission）等高線數據等為描述規(guī)劃風電場外圍15kM的粗糙度與等高線提供了便利。WindSimWindSim：WindSim軟件是挪威一家公司設計，基于流體力學方法對風電場選址及風資源評估的軟件。WindSim軟件包括六個模塊：地形處理模塊、風場計算年發(fā)電量計算模塊。其中，風場計算模塊力學商用軟件Pheonics的結構網格解算器部分。WindSim軟件采用計算流體力學軟件來模擬場址內的風情況，因此，WindSim軟件可以用于相對復雜地形條件下的風電場選址及風資源。WindSim第五節(jié) 地形、氣候對風的影響風主要特征風的主要影響因素地形對風的影響海陸的影響風速隨高度變化的影響風機間距的影響障礙物的影響風主要特征不穩(wěn)定性風的瞬時脈動、日變化，季節(jié)變化以至年變化都十分明顯，此為其利用上的不利因素。受地形影響大，地區(qū)差異顯著風力的局部地形差異明顯，即使在同一地區(qū)，有利地形下的風力往往優(yōu)于不利地形。故風力機位置選擇時必須充份考慮到地形作用。風的主要影響因素擇一個安置風力機的最佳位置所加強的局地風速。風電場選址問題包括社會、經濟、技術和環(huán)境等方面，但在選址中需考慮的地形、氣候問題主要包括以下5個方面：地形對風的影響、海陸的影響、風速隨高度變化的影響、風機間距影響、障礙物的影響等。地形對風的影響風能與風的立方成正比，則功率為原來的八倍小氣候進行分析，將速增強的地點。地形對風的影響世界氣象組織推薦一個風力發(fā)電機的安裝位置選擇框圖根據地形分類安裝風力機對策框圖地形對風的影響平地的風速比值（如下表）下的風速。不同地形下風速與平坦地面風速比值表地形平地平均風速3~5米／秒6~8米／秒比值山間盆地0.95~0.850.85~0.75彎曲河谷地0.80~0.700.70~0.60山瘠背風坡0.90~0.800.80~0.70山瘠迎風坡1.10~1.201.10海陸的影響海面比起伏不平的陸地表面摩擦阻力小，所以在氣壓梯度力相同的條件下，海面風力速比陸地上風速要大。現在國際選擇風力機位置有兩種傾向，一是選擇在較高的山脊，一另一方也是主要原因－這些地風力較大。風速隨高度變化的影響風力發(fā)電機最好安裝在地面較平滑，障礙最小和最少的地方。若因條件所限不得不設在粗糙的地面上，則發(fā)電機的設置高度就應比光滑地表上高度要高。此外假設若要使給定的風力機達到最大的出力，唯一的辦法是增加塔架高度，所以有人說增加風機動力輸出最廉價的方法就是增加更高的塔架。風機間距的影響發(fā)展風力機群（風車田）輪直徑長度的距離，而以之長度的距離時最為理想損壞作用。障礙物的影響當風由空曠地吹向森林時，在森林的迎風面，一部分氣流進入林內而減弱，另一部分氣流因林墻阻擋，在林子前面形成渦流，由于氣流方向的改變風速相應減低。在森林的背風面，由林冠上方向下滑動的氣流，一部分在林后滑動，形成弱風區(qū)，一部分經過一定距離之后才著陸。氣流遇到疏透結構林帶時，一部分從上面越過，另一部分透過林帶，在背風面形成弱風區(qū)，最低風速約出現在距林緣8H之間。一般來講，風機位置選擇盡量避讓林地，與林地距離盡量保持在10倍林木高度以上。在房屋附近安裝風力發(fā)電機可視為機組周圍有障礙物，同時避免噪音對居民的影響，布機遵循如下原則：第一，安裝在主風向的上游第二，與房屋（障礙物）的距離應盡量保持在風力發(fā)電機組直徑的5倍以上；第三，機組塔架應盡量高出房屋（障礙物）1倍的機組直徑第六節(jié) 風力發(fā)電機組常見故障及維護風力發(fā)電機組常見的機械故障及處理方法故障原因診斷處理方法風力發(fā)電機劇烈抖動1、拉索松動；2、尾翼固定螺絲松動；3、定槳距風輪葉片變形4、定槳距風輪葉片有卡滯現象1、緊固拉索；2、擰緊松動部位；3、更換槳葉；4、拆卸、潤滑保養(yǎng)，重新安裝風輪轉速明顯降低1、風電機長久不潤滑保養(yǎng)；2、發(fā)電機軸承損壞；3、風輪葉片損壞1、潤滑、保養(yǎng)；2、更換軸承；3、修復和更換葉片調速、調向不靈1、機座回轉體內油泥過多；2、機座回轉體內有沙土