摘 要：通過一座典型96MW低風速風電場實際運行數(shù)據(jù)分析,探討提高低風速風電場發(fā)電能力的可行性,制定針對性開發(fā)方案,優(yōu)化機組排列方式提高經(jīng)濟效益,重視前期開發(fā)中主機選型及機組布置，提升風資源較差風電場的風能利用率，深化微觀選址技術在低風速風電場中的應用。
關鍵詞：低風速 尾流 風電場 微觀選址 影響因素 利用小時數(shù)
前言
低風電場的微觀選址技術主要通過建立風場模型確定每臺風機位置及風場陣列的排布方式。在風資源條件較差的地區(qū)，要求充分了解場區(qū)的地貌和風況特征，選擇最為適合的風力發(fā)電機組進行逐臺移位比對，采取可行條件下增大葉輪和提高塔筒高度的物理方式，研究大葉片帶來的葉片柔性、葉尖高速等影響，保持風機長時間運轉在低風速狀態(tài)下具有高效輸出，同時注重風機密度，盡量減少尾流影響等因素影響。本文重點調研實測投產風電場運行數(shù)據(jù)，以法庫某風電場為例,分析微觀選址技術在低風速風電場應用中的價值和意義，制定針對性技術方案，為后續(xù)項目開發(fā)增加經(jīng)濟效益。
1. 某96MW風電場資源情況概述
某風電場始建與2012年,容量96MW,分兩期項目建設，風電場中心場址坐標為東經(jīng)123°20'14",北緯42°19'55",場區(qū)面積約27.98km2，海拔在102m～178m之間。風電場代表年測風塔70m高年平均風速為6.10m/s，風功率密度為301W/m2，推算至80米輪轂高度處風速為6.21m/s，風功率密度為329W/m2,風能主要集中于SSW和SW區(qū)間，占總風能的48.5%。70m高度50年一遇最大風速取35.4m/s，極大風速取50.1m/s。65m高度Weibull特征參數(shù)：A=7.4 K=2.40。屬于二級風電場。該項目一期采用80米塔筒，93米直徑葉片的某風機廠家2000MW機型，綜合折減系數(shù)為31.9%，目前一期風場已投產，年發(fā)電量約為12228萬kW˙h，等效利用小時數(shù)約為2548h;二期采用85米塔筒，104米直徑葉片的某風機廠家2000MW機型，綜合折減系數(shù)為32.4%，二期項目工程建設正在吊裝期。
2. 低風速風電場微觀選址技術方案應用及實例分析
在低風速地區(qū)進行的風資源開發(fā)，應特別注重風能資源的利用情況，而低風速需要更大的截取面積，轉換設備功率的增大也會增加風電場建設的成本，注重低風速時段風電場出力的變化和風功率曲線與設計值的一致性。能否充分準確評估機組的設計參數(shù)和風資源情況對低風速風電場開發(fā)意義重大，影響低風速風電場發(fā)電能力的主要因素主要有：1)風能資源利用情況;2)風機微觀機位是否能夠保證風場處于低風速長時間運行發(fā)電狀態(tài);3)風電機組尾流影響;4)設備招標機型;5)工程建設情況對于微觀選址機位的限制情況;6)前期測風階段測風塔對于整個風電場區(qū)域的代表性等。實際建設中風電機組機位還應考慮機組風況、海拔、輪轂高度處的湍流強度、入流角、主風向的、周圍障礙物、地表粗糙度尾流影響等因素。
圖1 該風電場微觀選址風機布置方案
以某風場實際建設為例，該項目設計初期充分考慮微觀選址對風電場產能影響的重要性，對風資源情況分析、機組優(yōu)化設計、主機選型、建設限制條件等情況了解透徹，綜合工程整體工程建設選用同塔雙回集電線路，大大降低工程費用。風電場單一從尾流相互影響的因素分析，風機平均尾流削減系數(shù)4.23%，系數(shù)較小，微觀選址技術的深入應用，對風機的布置的每一個點位反復推敲，選定后可建設范圍內不斷微調，保證所選機組位置使整個風場發(fā)電效益最佳，避免個別風機設置在兩山中間，減少風機布置在山腳下和山坡上，造成山頂、山脊的優(yōu)良資源處閑置。
表1 風電場機組發(fā)電情況分析表
該風電場風機布置方案均依照整體風場發(fā)電能力最高情況下的單臺風機最優(yōu)化，針對每一臺風機的點位選取定制化方案，確保年平均風速6.21m/s的風電場一期投產后的年平均利用小時候為2548h，屬于法庫區(qū)域內發(fā)電能力最高的風電項目。若該項目二期投產，效益可觀，二期憑借一期投產的升壓站站和同塔雙回線路，降低工程造價，同時該項目二期主機塔筒高度和葉輪直徑都得到進一步拓展，根據(jù)該區(qū)域的風資源情況，增大葉片可以有效提高發(fā)電量。為保證長期的高收益，不能只從本質上改變個別海拔較低區(qū)域風機產能低的狀態(tài)，未能達到新葉片重組后的功率曲線穩(wěn)定區(qū)間,實際設計中還應采用低實度、高葉尖速比的設計方案，使用成熟翼型及主機型號還需配合風機點位調整組合最優(yōu)方案，結合機位輪轂高度提升,增大風能轉換能力,更好的滿足低海拔區(qū)域風機功率最佳發(fā)電區(qū)間,提升項目盈利空間。
圖2 1期南部區(qū)域風機資源利用圖
圖3 1期北部及2期風場區(qū)域風機資源利用圖
表2 1期風電場歷年發(fā)電情況分析表
3. 加強低風速風電場開發(fā)的建議
微觀選址技術在低風速風電場開發(fā)的應用可以有效降低工程造價，減少施工難度，有效提升整體收益能力。在低風速風電場工程開發(fā)過程中應該注重輪轂高度、葉輪直徑、傳動結構、葉片材質及主機類型等外在設備因素，更要注重微觀選址技術在低風速開發(fā)中的深入應用，充分考慮風電場自然環(huán)境、地理限制因素、風機尾流擾動、湍流強度、負切變及風機排列布置方式等，采用適用于本區(qū)域風資源特征的先進技術成熟機型，試算、調整發(fā)電能力低的風機位置保證全風場發(fā)電能力最佳，實時收集最新風資源數(shù)據(jù)，為后續(xù)風電場項目建設提供精準數(shù)據(jù)支持，后續(xù)風電場建設還應充分綜合考慮已建項目全場尾流影響，避免造成投產項目發(fā)電能力降低。
結論
如何使低風速資源區(qū)域具備較高的風電開發(fā)價值，成為現(xiàn)今風電市場的熱門主題，本文通過微觀選址技術在低風速風場中的實際應用有效提升項目年利用小時數(shù)，大幅度提升發(fā)電量。通過投產運行數(shù)據(jù)收集，年平均風速6.21m/s的風電場年發(fā)電量12228萬kW˙h，等效利用小時數(shù)約為2548h，同時二期擴建項目通過微觀選址技術深化采用更加優(yōu)異的布機方案和機組選型，充分證明深入應用微觀選址技術對低風速風電場開發(fā)的價值，充分研究選址中存在的尾流問題及風機排布分布，建設初期綜合造價和遠期效益選取最優(yōu)方案，避免因選址、機型等因素造成的損失。成熟的微觀選址技術應用促使低海拔、丘陵、平原地勢的風資源區(qū)域涌入激烈的風電開發(fā)市場。（《風電技術》2018年第三期）
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原標題:【技術交流】低風速風電場開發(fā)的技術支持及實際應用
