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干货 | 风电场发电量计算须知,包括算前资料、计算方法、影响因素……

国际能源网能源资讯频道  来源:风电头条  作者:简一  日期:2017-11-30

风电场的建设工程是大项,每一步都需要做大量的工作:当企业拿到标书或可研报告等资料后,我们首先要提澄清——向业主索要详细发电量计算所需的资料;然后选择机型,即确定该风电场适合用什么类型的风机(日前风哥已经整理的相关内容);最后进行发电量计算(这就是风哥今天要带给大家的内容~)

1、澄清

需要获取的计算资料

要计算当然首先得有资料啦,向业主要资料的时候都需要哪些呢?下面列出了发电量计算需要的所有内容,提澄清的时候,缺什么就列出来。

1、风电场的可研报告;

2、风电场内的测风塔各高度处完整一年实测风速、风向、风速标准偏差数据,以及测风塔的地理位置坐标;

3、测风塔测风数据的密码;

4、风电场是否已确定风机布置位置,若已确定风机位置,需提供相应的固定风机点位坐标;

5、风电场的边界拐点坐标;

6、风电场内预装轮毂高度处的50年一遇最大风速;

7、风电场场址处的空气密度;

8、预装轮毂高度处15m/s湍流强度特征值;

9、风电场的海拔高度以及累年极端最低温度;

10、风电场内测风塔处的综合风切变指数;

11、风电场影响发电量结果的各项因素的折减系数。

注意:对于“预装轮毂高度处”的“50年一遇最大风速”“15m/s”湍流强度特征值,业主资料中很可能提供的高度比我们选用风机的轮毂高度低,我们可以根据综合风切变推算(湍流无法推算),如果高度相差不大根据我们的经验,采用业主资料中的数据即可。

2、机组选型

主要参数

关于机组选型,风哥之前已经发过相关内容,今天就不专门再列一次了,如有需要请点击蓝字:“风电机组”选型攻略,有哪些注意事项?史上最全机组造型名录!(部分业内人士反应风哥整理的机型不全,对此风哥还是希望大家能够给风哥提供更完整的机型信息;谢谢大家~)

以下是风机机型选择的一些主要参数:

a、功率、叶轮直径、轮毂高度

b、IEC等级(50年一遇最大风速、多年平均风速、湍流强度)

c、常温型\低温型

d、平原型\高原型

注意:如果几种机型都适用,选叶片直径最大的(叶片越大,功率越大)

3、风电量估算

3大方面

直接测风估算法:

估算风电场发电量最可靠的方法:是在预计要安装风电机组的地点建立测风塔,其塔高应达到风电机组轮毂高度,在塔顶端安装测风仪传感器连续测风一年。然后按照《风能资源评估方法》对测风数据验证修正,得出代表年风速资料,再按照风电机组的功率曲线来估算其理论年发电量,计算方法为统计测风塔轮毂高度各风速段的小时数,与该风速对应的功率求积即为该风速段总的发电量,其他风速段依次类推,最后求和即为该机组理论年发电量(不含其他折减因素)。

用该种方法估算发电量时,在复杂地形情况下应每3 台风电机组安装一套测风系统,甚至每台风电机组位置安装一套测风系统,地形相对简单的场址可以适当放宽。在测风时应把风速仪安装在塔顶,避免塔影(风吹过塔架后的尾流影响),如果风速仪安装在塔架的侧面,应该考虑盛行风向和仪器与塔架的距离,以降低塔架的影响。

计算机模型估算法:

目前国内外用于风电场风能资源分布评估和发电量计算软件较多,国外主要有WAsP,WindFarmer,WindPro,WindSim,Meteodyn等软件,国内有木联能CFD风电工程软件等。

利用WAsP 或其他软件,按照它的格式要求输入风电场某测风点经过验证和订正后的测风资料、测风点周围的数字化地形图、地表粗糙度及障碍物资料,就可以估算风电场中各台风电机组的理论年发电量。这种方法的优点是要求的测风资料少,成本低,在简单地形场址条件下结果比较可靠,是风能工作者的重要工具。

另外,还有用于计算风电场风电机组的荷载状况的WAsP Engineering软件可以应用。

上网电量估算:

利用发电量计算软件计算风电场年理论发电量、尾流损失、尾流折减后的发电量,除此之外,需要作以下几方面修正才能估算出风电场的年上网电量。

(1) 周边风电场的影响折减:

考虑目前和将来风电场对本风电场的影响,造成发电量损失。

(2) 空气密度修正

由于风功率密度与空气密度成正比,在相同的风速条件下,空气密度不同则风电机组出力不一样,风电场年上网发电量估算应进行空气密度修正。严格来讲,进行空气密度修正时,应要求生产厂家根据当地空气密度提供功率曲线,然后按照这条功率曲线进行发电量估算。

(3) 控制和湍流折减

这里的控制是指风电机组随风速、风向的变化控制机组的状态,实际情况是运行中的机组控制总是落后于风的变化,造成发电量损失。主要有以下几个方面:①风电机组的切入和切出。风电机组启动时的切入滞后会造成一部分发电量的损失,由于风速较小,这部分损失比较小,风电机组在切出之后(如风速25m/s)等风速下降到某一风速(如18m/s)方可再切入造成部分电量损失,如果大风持续时间较长,这部分电量损失较大。②风向的变化,由于风向变化,偏航系统由于滞后而造成发电量损失,如果风向变化频繁,这部分损失会较大。

风电场控制和湍流强度系数大,相应的控制和湍流折减系数也大,一般情况下控制和湍流折减系数取5%左右。

(4) 叶片污染折减

叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高,翼型的气动特性下降,从而使发电量下降。发电量估算时应根据风电场的实际情况估计风电场叶片污染系数,一般为2%左右。

(5) 风电机组可利用率

风电机组因故障、检修以及电网停电等因素不能发电,考虑目前风电机组的制造水平及风电场运行、管理以及维修经验,风电机组的可利用率折减系数约为5%。

(6) 功率曲线折减

机组厂家对风力发电机组功率曲线的保证率一般为95%,因此,风力发电机组功率曲线折减系数取5%。

(7) 厂用电、线损等能量损耗

风电场估算上网发电量时应考虑风电场箱式变电所、电缆、升压变压器和输出线路的损耗以及风电场厂用电。根据已建风电场经验,该部分折减系数为3%~5%,可视风电场的具体情况计算确定,可以通过计算获得。

(8) 气候影响停机

气候影响停机包括低温、雷暴、冰雹、沙尘暴等恶劣天气对风电场电量造成的损失,气候影响停机折减系数视风电场现场实际情况而定,一般在5%左右。

(9) 上网电量

理论发电量经过上述折减后,即为估算的理论上网电量。

4、影响因素

5大因素

风电的经济效益与机组发电量是直接挂钩的,影响发电量的因素也是多方向性的,机组在正常运行状态由于受到天气和人为因素的影响,实际发电量与理论相比存在差别,为使风电场投运后能达到最好经济效益,就要具体分析影响机组发电量的主要因素。

风能资源代表性

1、测风塔数据是发电量计算的基础数据。测风塔是否具有代表性,是发电量计算准确与否的根本性保障,风电场内应至少保证有1个具有代表性的测风塔,复杂风电场更需要设置多个代表性测风塔,并在计算时尽量采取综合计算或者分区计算。

2、水平年判定。收集气象站、中尺度或临近测风塔的长期数据和同期数据,与测风塔数据做相关分析,对风电场判定大小风年,订正合理的水平年数据,以保证合理计算风电场运行20年的发电量。

地形图的精度

地形图包含了风电场区域高程、地面粗糙度等重要信息,可研阶段地形图要尽量收集风电场实测1:2000地形图,如收集不到,尽量采用当地测绘局1:1万地形图,避免使用globemap等软件下载的精度不高的地形图。

风机功率曲线的准确性

利用厂家提供的当地空气密度下的功率曲线或者修正后的实际功率曲线进行计算,减少使用标准空气密度下功率曲线进行折减产生的误差。

上网发电量折减系数

上网发电量需要对软件计算出的理论发电量进行折减,折减系数的选取是检验发电量专业人员水平的重要指标,根据风电场当地的气象条件、电网运行状况、场内线路长度、风电场规划等条件综合选取折减系数。避免人为的减少折减系数或提高折减系数,造成发电量计算结果不客观。

计算软件的选取

市场上应用较为广泛的发电量计算软件有:Wasp、Windfarm、Windpro、Windsim、WT等,平坦地形可采用线性风资源分析软件Wasp、Windfarm、Windpro等,复杂地形应尽量选用Windsim和WT,这样可以尽量避免软件计算产生误差。

参考文献:

计鹏新能源:风电可研发电量计算准确性的主要影响因素;

杨校生主编:选自《风力发电技术与风电场工程》;

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