风电机组选型、布置和发电量估算

　　
　　二、机组布置
　　
　　在风电场的风能资源分布和风电机组确定以后，机组布置是风电场项目实施的关键环节。
　　
　　机组布置即风电机组位置的选择，应通过对若干方案的技术经济比较，确定风电场风电机组的布置方案，使风电场获得较好的发电量。
　　
　　除了风电场的风能资源分布特点以外，机组布置还需要考虑土地使用、村庄、电力设施、环境敏感因素等客观因素的限制，风电机组周围的地形条件，建筑物、树木或其它障碍物的不利影响以及风电机组之间的尾流影响。
　　
　　1.客观条件限制
　　
　　(1)风电机组与村庄的距离一般要求500m以上，特殊情况至少300m。
　　
　　(2)风电机组离110kV及以上电压等级线路150m以上。
　　
　　(3)风电机组要避开基本农田、矿产、文物、军事用地、自然保护区以及其他环境敏感区域。
　　
　　2.地形条件
　　
　　满足风电机组的运输条件和安装条件。在平坦地形条件下，满足这一原则是很容易的的。在山区，满足这一原则经常有难度。要根据所选机型需要的运输机械和安装机械的要求，机位附近要有足够的场地能够作业和摆放叶片、塔筒，道路有足够的坡度、宽度和转弯半径使运输机械能到达所选机位。
　　
　　视觉上要尽量美观。在与主风能方向平行的方向成列，垂直的方向上成行。行间平行，列距相同。行距大于列距发电量较高，但等距布置在视觉上较好。追求视觉上的美观，会损失一定的发电量，因此在经济效益和美观上，也要有一定的平衡。
　　
　　3.障碍物影响
　　
　　在风电场中有时会碰到障碍物，障碍物的尾流的大小和强弱与其大小和体型有关。研究表明，对于无限长的障碍物，在障碍物下风向40倍障碍物高度，上方2倍障碍物高度的区域内，是较强的尾流扰动区，风电机组的布置必须避开这一区域。
　　
　　障碍物会降低障碍物下风向区域的风速，障碍物影响的大小取决于其本身的疏密程度，即透风率。建筑物的透风率最低，冬季的开阔树林具有一定的透风性，而夏季茂密的树林的透风率比较低。一般来讲，障碍物的长度越长，高度越高，相应的对风速的阻碍效果越明显。如图1所示为模拟7层的建筑物对风电机组的影响，其中建筑物高20m，宽60m，风电机组与建筑物的距离为300m，风电机组的轮毂高度为50m。图中的数字表示风速减小的影响程度，100表示风速没有损失，99表示风速减小1%。可以看出，风电机组轮毂高度处减小了3%，相应的风能损失约10%。
　　 　　
　　4.尾流影响
　　
　　气流在经过风电机组叶片时能量会减小，实际上，风电机组的叶片对风速有阻挡作用，在风电机组的下风向会产生类似轮船尾流的效果，该区域内会产生较大的湍流，同时风速也会降低。如图2为气流经过风电机组尾流示意图。
　　 　　
　　风电场的风电机组布置应考虑到风电机组之间尾流的影响，风电机组之间的距离至少保证3倍的叶轮直径，在主风向上，风电机组间的距离应更大一些。
　　
　　国外有研究成果表明，对单台风电机组，在距风轮2D-3D的顺风中心线处，风速减少35%-45%;在距风轮8D处，风速减少10%。尾流的直径在距风轮8D-10D为2.6D-2.8D。对于行距为8-11D，列距为2-3D的布置，第二排的能量损失在10m/s时为8-20%。在平坦地区进行的7行布置的风电场的测量，其行距为9D，列距2D，第七排比第一排能量约损失20%。