低风速风电场开发的技术支持及实际应用

　　

　　关键词：低风速  尾流  风电场  微观选址  影响因素  利用小时数

　　

　　

　　低风电场的微观选址技术主要通过建立风场模型确定每台风机位置及风场阵列的排布方式。在风资源条件较差的地区，要求充分了解场区的地貌和风况特征，选择最为适合的风力发电机组进行逐台移位比对，采取可行条件下增大叶轮和提高塔筒高度的物理方式，研究大叶片带来的叶片柔性、叶尖高速等影响，保持风机长时间运转在低风速状态下具有高效输出，同时注重风机密度，尽量减少尾流影响等因素影响。本文重点调研实测投产风电场运行数据，以法库某风电场为例,分析微观选址技术在低风速风电场应用中的价值和意义，制定针对性技术方案，为后续项目开发增加经济效益。

　　

　　

　　某风电场始建与2012年,容量96MW,分两期项目建设，风电场中心场址坐标为东经123°20'14",北纬42°19'55",场区面积约27.98km2，海拔在102m～178m之间。风电场代表年测风塔70m高年平均风速为6.10m/s，风功率密度为301W/m2，推算至80米轮毂高度处风速为6.21m/s，风功率密度为329W/m2,风能主要集中于SSW和SW区间，占总风能的48.5%。70m高度50年一遇最大风速取35.4m/s，极大风速取50.1m/s。65m高度Weibull特征参数：A=7.4 K=2.40。属于二级风电场。该项目一期采用80米塔筒，93米直径叶片的某风机厂家2000MW机型，综合折减系数为31.9%，目前一期风场已投产，年发电量约为12228万kW˙h，等效利用小时数约为2548h;二期采用85米塔筒，104米直径叶片的某风机厂家2000MW机型，综合折减系数为32.4%，二期项目工程建设正在吊装期。

　　

　　

　　在低风速地区进行的风资源开发，应特别注重风能资源的利用情况，而低风速需要更大的截取面积，转换设备功率的增大也会增加风电场建设的成本，注重低风速时段风电场出力的变化和风功率曲线与设计值的一致性。能否充分准确评估机组的设计参数和风资源情况对低风速风电场开发意义重大，影响低风速风电场发电能力的主要因素主要有：1)风能资源利用情况;2)风机微观机位是否能够保证风场处于低风速长时间运行发电状态;3)风电机组尾流影响;4)设备招标机型;5)工程建设情况对于微观选址机位的限制情况;6)前期测风阶段测风塔对于整个风电场区域的代表性等。实际建设中风电机组机位还应考虑机组风况、海拔、轮毂高度处的湍流强度、入流角、主风向的、周围障碍物、地表粗糙度尾流影响等因素。

　　图1 该风电场微观选址风机布置方案

　　

　　以某风场实际建设为例，该项目设计初期充分考虑微观选址对风电场产能影响的重要性，对风资源情况分析、机组优化设计、主机选型、建设限制条件等情况了解透彻，综合工程整体工程建设选用同塔双回集电线路，大大降低工程费用。风电场单一从尾流相互影响的因素分析，风机平均尾流削减系数4.23%，系数较小，微观选址技术的深入应用，对风机的布置的每一个点位反复推敲，选定后可建设范围内不断微调，保证所选机组位置使整个风场发电效益最佳，避免个别风机设置在两山中间，减少风机布置在山脚下和山坡上，造成山顶、山脊的优良资源处闲置。

　　表1 风电场机组发电情况分析表

　　

　　该风电场风机布置方案均依照整体风场发电能力最高情况下的单台风机最优化，针对每一台风机的点位选取定制化方案，确保年平均风速6.21m/s的风电场一期投产后的年平均利用小时候为2548h，属于法库区域内发电能力最高的风电项目。若该项目二期投产，效益可观，二期凭借一期投产的升压站站和同塔双回线路，降低工程造价，同时该项目二期主机塔筒高度和叶轮直径都得到进一步拓展，根据该区域的风资源情况，增大叶片可以有效提高发电量。为保证长期的高收益，不能只从本质上改变个别海拔较低区域风机产能低的状态，未能达到新叶片重组后的功率曲线稳定区间,实际设计中还应采用低实度、高叶尖速比的设计方案，使用成熟翼型及主机型号还需配合风机点位调整组合最优方案，结合机位轮毂高度提升,增大风能转换能力,更好的满足低海拔区域风机功率最佳发电区间,提升项目盈利空间。

　　图2 1期南部区域风机资源利用图

　　图3 1期北部及2期风场区域风机资源利用图

　　表2 1期风电场历年发电情况分析表

　　

　　

　　微观选址技术在低风速风电场开发的应用可以有效降低工程造价，减少施工难度，有效提升整体收益能力。在低风速风电场工程开发过程中应该注重轮毂高度、叶轮直径、传动结构、叶片材质及主机类型等外在设备因素，更要注重微观选址技术在低风速开发中的深入应用，充分考虑风电场自然环境、地理限制因素、风机尾流扰动、湍流强度、负切变及风机排列布置方式等，采用适用于本区域风资源特征的先进技术成熟机型，试算、调整发电能力低的风机位置保证全风场发电能力最佳，实时收集最新风资源数据，为后续风电场项目建设提供精准数据支持，后续风电场建设还应充分综合考虑已建项目全场尾流影响，避免造成投产项目发电能力降低。

　　

　　结论

　　

　　如何使低风速资源区域具备较高的风电开发价值，成为现今风电市场的热门主题，本文通过微观选址技术在低风速风场中的实际应用有效提升项目年利用小时数，大幅度提升发电量。通过投产运行数据收集，年平均风速6.21m/s的风电场年发电量12228万kW˙h，等效利用小时数约为2548h，同时二期扩建项目通过微观选址技术深化采用更加优异的布机方案和机组选型，充分证明深入应用微观选址技术对低风速风电场开发的价值，充分研究选址中存在的尾流问题及风机排布分布，建设初期综合造价和远期效益选取最优方案，避免因选址、机型等因素造成的损失。成熟的微观选址技术应用促使低海拔、丘陵、平原地势的风资源区域涌入激烈的风电开发市场。（《风电技术》2018年第三期）

　　

　　

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　　原标题:【技术交流】低风速风电场开发的技术支持及实际应用