风切变对风电场发电量变化趋势的影响分析

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1、风切变对风电场发电量变化趋势的影响分析0引言风能是自然界产生的取之不尽、用之不竭而又不会产生任何污染的可再生能源。近两个世纪以来，在常规能源告急和环境污染的双重压力下，风电因其自身独有的优点，在很短的时间内便获得了巨大的发展。我国风电事业起步较晚，但作为全球风能资源最为丰富的国家之一，我国的风电发展在短短数十年间取得了巨大的成就。2013年我国（不包括台湾地区）新增装机容量为16088.7MW，累计装机容量为91.41GW，均处于全球第一位。但是，随着我国风电事业的逐步发展，全国风电总装机量的逐步增大，风能可利用区域的逐步缩水，未来我国

2、风电在继续快速发展的同时，已经呈现出如下的不利趋势：（1）风电建场区域从风资源较好地区向风资源一般地区转移；（2）风电建场区域从简单平坦地形向复杂地形转移；（3）风电建场区域从人口稀少地区向人口密集地区转移；（4）风电建场区域从较好气候环境向较差气候环境转移。这些变化无疑都大大增加了未来风资源评估及风电场微观选址工作的难度，因此必须采取更多的技术手段去保证未来风电场在更差的风资源状况下能够达到一定的发电量。目前常用的技术手段分为增加叶轮直径、提升轮毂高度、改进控制策略、优化功率曲线、降低风机损耗等等。前些年由于技术本身的限制，风力发电机

3、组在达到一定高度后很难再次加高，采用混凝土承台等手段虽然可以使轮毂高度获得提升，但效果并不明显且耗资巨大。随着近年来材料、工艺、运输等手段的不断进步，大范围提升风机轮毂高度已经变得可行。目前国内并没有针对同种风机不同高度下发电量及经济性的详细测算与分析。本文通过对低风速复杂地形前提下不同的风电场开发案例进行测算，分析在安全风速前提下提升风力发电机塔筒高度对于提升风电场发电量、进而提升风电场收益的促进程度，结合风电场经济效益给出最佳塔筒高度的计算模式。并对不同高度下，影响发电量提升效果的主要因素进行分析。1案例基本概况案例一拟开发风电场场

4、址海拔高程为950m-1130m，场区植被密度较低，地形为黄土丘陵沟壑。风电场拟开发容量为100MW。案例二拟开发风电场场址海拔高程为83m-450m，场区植被密度较高，地形属南方典型的丘陵地带，风电场拟开发容量为50MW。案例一发区域内立有一座80m高的测风塔，案例二立有一座120m高的测风塔，测风数据收集已满一年以上，数据完整率分别达到92%及94%，满足风资源评估要求。风场基本风资源状况统计如表1-1所示，根据《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)风功率密度等级评判标准，两个风电场风功率密度等级均不到2级，风资

5、源较差。表1-1案例基本风资源状况统计空气密度风切变指数湍流强度50m高度平均风速50m高度风功率密度风功率密度等级案例一1.124kg/m³0.120.1324.62m/s109.7W/m21级案例二1.17kg/m³0.0820.07575.17m/s198.7W/m21级选择符合风电场安全强度等级（IECIIIA），适合于低风速条件且性价比较高的多型国内主流风力发电机组计算发电量。最终案例一与案例二中发电量最大的均为WTG-1型风力发电机（轮毂高度85m），其中案例一中选用50台WTG-1型风机，年发电等效小时数为1854h，案例

6、二中选用25台WTG-1型风机，年发电等效小时数为1925h。2不同塔筒高度经济性评估由于案例一及案例二中风电场属于风资源较差区域，考虑到两项目极大风速远低于风机生存极限风速，可以采用提高风机塔筒的方式，提高项目整体发电量。以每5m为步长，将WTG-1型风力发电机塔筒从85m提升至130m，保持风机功率曲线及风资源数据、风机机位不变，分别计算发电量，结果如下：图2-1案例一WTG-1型风机各塔筒高度上网电量统计图2-2案例二WTG-1型风机各塔筒高度上网电量统计随着塔筒高度的逐步提升，项目发电量也获得了明显的提升，但是随着塔筒高度的增加

7、，塔筒中电缆采购价；塔筒采购价；风机基础造价；吊装费用等也在相应增加，且随着塔筒高度的增加，制造、施工难度的加大，工程投入的增幅也会越来越大。此处根据工程经验，给出工程投入各参数的计算公式：（1）电缆：每台单价=5（米）*400（元/米）*12（根），即塔筒每提升5m，每台风机电缆采购价增加2.4万元。（2）利息：目前利率按4%计算。（3）吊装总费用：Xn=Xn-5+[(n-H-5)/5*M+P]（1）其中Xn为塔筒高度为n时的吊装总费用，Xn-5为塔筒高度为n-5时的吊装总费用，n为塔筒高度（n≥90），H为最初塔筒高度，M为风机数量

8、，P为吊装补偿系数，根据吊装厂家报价不同及风机数量不同选择，此次案例一选P=500、案例二选P=270。最初塔筒高度的吊装费用由工程单位直接给出。（4）风机基础单价：Yn=Yn-5+[（n-H）/5+1],