前言
為便于在概念設計或初步設計階段快速確定機組總體設計參數(shù),特編制該計算器,供業(yè)內(nèi)同仁參考使用.
本計算器的輸入條件分為風電機組設計參數(shù)與目標風場條件兩類,通過計算得到不同組合方案下的風電機組等效小時數(shù).
1、輸入條件
1.1風電機組設計參數(shù)
1.1.1機組容量:風電機組的額定容量,單位為kW.
1.1.2風輪直徑:風電機組的風輪直徑,單位為m.
1.1.3發(fā)電機轉(zhuǎn)速:發(fā)電機轉(zhuǎn)速分為發(fā)電機并網(wǎng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速,單位為rpm.
對于雙饋發(fā)電機,其轉(zhuǎn)速范圍較為確定,并網(wǎng)轉(zhuǎn)速通常為70%n0(n0為同步轉(zhuǎn)速),額定轉(zhuǎn)速通常為117%n0——120%n0;對于永磁電機,其轉(zhuǎn)速范圍較寬,并網(wǎng)轉(zhuǎn)速可達到50%n0,額定轉(zhuǎn)速通常為110%n0.
1.1.4切入/切出風速:風電機組的切入/切出風速,單位為m/s.
1.1.5齒輪箱傳動比:齒輪箱傳動比,無單位.
對于有高速機型與半直驅(qū)機型,直接填寫齒輪箱傳動比;對于直驅(qū)機型,齒輪箱傳動比為1.
1.1.6葉片參數(shù):葉片參數(shù)包括最優(yōu)Cp,以及最優(yōu)Cp對應的最優(yōu)葉尖速比λ,兩參數(shù)均無單位.
由于每款葉片均有不同的Cp-λ曲線,但將市場上現(xiàn)有的全部葉片均輸入程序存在困難,故通過對不同葉片的Cp-λ曲線進行無量綱化處理,得到一條具有代表性的(Cp/Cp0)-(λ/λ0)曲線(Cp0與λ0分別為最優(yōu)Cp及對應的最優(yōu)λ).在計算過程中,通過輸入特定葉片的最優(yōu)Cp與最優(yōu)λ,將該葉片的Cp-λ曲線還原.
1.1.7效率與自耗電:效率包含機械效率(主要為齒輪箱效率)與電氣效率(包括發(fā)電機效率、變流器效率、變壓器效率),單位為%;自耗電為機組自耗電,單位為kW.
由于機組效率與自耗電在不同的工況下存在差異,為簡化計算,本計算器將效率與自耗電簡化為恒定值進行處理.
1.2目標風場條件
1.2.1空氣密度:風電機組預計使用地的風場平均空氣密度,單位為kg/m3.
1.2.2年平均風速:風電機組預計使用地的輪轂高度處的風場年平均風速,單位為m/s.
由于發(fā)電量計算過程中,需采用風速分布,為簡化計算,本計算器默認風速分布服從瑞利分布(k值為2的威布爾分布).
1.2.3折減系數(shù):風場發(fā)電量折減系數(shù),單位為%.
根據(jù)國家發(fā)改委于2009年6月2日發(fā)布的《關于對中國風電發(fā)電量折減問題的說明》,我國風電項目折減系數(shù)范圍大致在55%——80%之間,通常取70%——80%.
2、輸出條件
2.1等效小時數(shù):風電機組在目標風場的年等效小時數(shù),單位為h.
本計算器考慮閏年的因素,按照每年8766h計算,并四舍五入至0.1h.
2.2方案對比結果
對方案1與方案2的等效小時數(shù)進行對比,等效小數(shù)高的方案即更優(yōu)方案;如兩方案的等效小時數(shù)完全相等,則認為兩方案效果相同.
3、示例
要設計一款82米風輪直徑的1.5MW機組,根據(jù)經(jīng)驗或外購件信息可確定如下參數(shù):
1、機組容量:1500kW.
2、風輪直徑:82米.
3、發(fā)電機轉(zhuǎn)速:假設采用轉(zhuǎn)速范圍為1050rpm——1750rpm的雙饋電機.
4、切入/切出風速:根據(jù)經(jīng)驗假設分別為3m/s與25m/s.
5、齒輪箱傳動比:假設為100,或根據(jù)發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速與風輪額定轉(zhuǎn)速計算得到.
6、選定葉片最優(yōu)λ與最優(yōu)Cp:假設分別為10和0.49.
7、效率與自耗電:假設機械效率為97%,電氣效率96%,自耗電40kW.
8、風電場條件:空氣密度1.225kg/m3,年平均風速7.5m/s(服從瑞利分布),折減系數(shù)70%.
將以上參數(shù)輸入計算器,點擊“快速計算”按鈕,得到等效小時數(shù)計算結果.
如存在兩種設計方案,在點擊“快速計算”按鈕后,自動對兩種方案的等效小時數(shù)進行計算,并將計算結果進行對比,如方案1(2)等效小時數(shù)高于方案(2)時,對比結果欄中顯示“方案1(2)效果更好!”;如兩方案等效小時數(shù)完全相等,則顯示“兩方案效果相同!”.
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