最新《标准规范》风电场增效技术方案研究.pdf
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1、崔永峰,王海华,高婕 风 电场增效技 术方案研 究 文章编号:1 0 0 6-2 6 1 0(2 0 1 6)0 2 0 0 9 0 0 4 风 电场增 效技术方案研 究 崔 永 峰,王海 华,高 婕 (中国电建集 团西北勘测设计研究院有限公司,西安7 1 0 0 6 5)摘要:许多已建成风电场在实际运行过程中出现发电量偏低的情况,笔者深入分析了造成这一情况的原因,提出 风电场可行的增效措施,并以实际工程为例详细说明了风电场增效技术方案的实施过程,同时对增效方案的可行 性进行技术经济分析,为各企业提供决策依据。关键词:风电机组;增效技术;控制运行;叶片 中图分类号:T K 8 3;T M 6
2、1 4 文献标识码:A D O I:1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 2 6 1 0 2 0 1 6 0 2 0 2 3 S t u dy o n Te c hno l o g y f o r I n c r e a s i n g Po we r Ge ne r a t i o n o f W i n d Po we r Pl an t C UI Yo n g f e n g,WANG Ha i h u a,G AO J i e (N o r t h w e s t E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m
3、i t e d,X i a n 7 1 0 0 6 5,C h i n a)Abs t r a c t:L o w p o we r g e n e r a t i o n i s f o u n d i n t h e a c t ua l o pe r a t i o n o f wi n d p o we r p l a nt s wh i c h a r e b u i l t Ca u s e s f o r t h i s i s s ue are a n a l y z e d an d me a s u r e s for i n c r e a s i n g t h e p
4、 o we r g e n e r a t i o n a r e p r o p o s e d a c c o r d i n g l y Me a n w h i l e,t h e i mp l e me n t a t i o n C O U l S e o f t h e t e c h n i c a l s c h e me for i n c r e a s i n g t h e p o we r g e n e r a t i o n o f t h e w i n d f a r ms a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l w
5、i t h e x a mp l e s o f a c t u al p o w e r p l a n t s as w e l l as t h e f e a s i b i l i t y o f t h e s c h e me f o r i n c r e a s i n g t h e p o we r g e n e r a t i o n i s a n aly z e d t e c h n i c a l l y a n d e c o n o mi c all y T ho s e pr o v i d e c o mp a ni e s wit h d e c i
6、 s i o n ma k i n g b a s i s Ke y wo r d s:WTG;t e c h n o l o g y for i n c r e a s i n g p o w e r g e n e r a t i o n;c o n t r o l o p e r a t i o n;b l a d e 0 H l J 自2 0 0 6年 可再生能源法 颁布 实施 以来,中 国风 电事业取得了举世瞩 目的成绩,“十一五”期间 连续 5 a实现翻番增长,并于 2 0 1 0年底超越美 国成 为世界第一风电大国 J。截止 2 0 1 5年 3月底,全 国 风电累计并 网装机容
7、量超过 1亿 k W,约 占全 国 电 力总装机容量 的7 ,是继火 电、水电之后 的第 三大 主力电源。然而,风电作为时间尚短的新型产业,在高速的 发展过程 中,一方面受制于早期并不十分成熟 的技 术评估手段,另一方面由于早期采用的风电机组比 当前的风电机组效率偏低等因素,使得许多已建成 收稿 日期:2 0 1 6-0 1 2 0 作者简介:崔永峰(1 9 8 7 一),男,陕西省户县人,助理工程师,从 事风能资源评估丁作 风电场通过改造,发电量会有一定的提升空间。目前,许多企业正积极开展风电场改造工作,以提升 已建成风电场的发电量,但改造方 案需要一定 的投 入,风电场改造后很有可能存在投
8、资大于收益 的情 况,得不偿失。因此,针对风电场改造需进行可行性 分析研究工作 J。1 问题提 f 风电场在实际运行过程 中时常会 出现实际年上 网电量低于设计水平 的情况,这 主要有 以下 4个方 面的原因:一是风 电场存在限电情况;二是该年可能 为小风年;三是风电场风 电机组频 繁出现故 障停机 等;四是风电场设计存 在一定 问题。本次主要针对 风电场设计存在 的问题,发散思维、开拓思路,提 出 风电场增加发 电量的改进措施。目前,由于设计 问题导致风 电场发电量偏低主 要有 2方面原因:西北水 电 2 0 1 6年 第 2期 9 1 (1)早期未有高效率风机;(2)风机布置不合理,这是设
9、计 可能 出现的主 要问题。具体表现在:风机排布过密,尾流损失 较大,发电量减小;风机排布过密,在增加尾流损 失的同时,会增加全场湍流强度,有时会出现风机共 振情况,使风机运行不畅;在微观选址阶段,对风 电场风资源评估不准确,将风机布置在风资源较差 的位置;受后期在该风电场周边建立的多个风电 场的尾流影响,使得该风 电场区域风能减弱,发 电量 减小。2 风电场增效措施 随着中国风电事业的飞速发展,各大风机厂家 在风电机组研发方面取得了巨大成就,风机的单机 容量不断地被扩大、叶片长度不断地被增加、塔筒高 度不断地被抬高、风电机组的运行控制策略不断地 被优化等。这些新思路、新技术、新创造的出现给已
10、 建成风电场的增效改造提供了可能性。对于已建成的风 电场,受制于早期并不十分成 熟的技术评估手段和采用效率偏低的风电机组,使 得部分早期风电场发电量并不十分理想,存在很大 的提升空间。各大风机厂家也都在积极探索,不断 地提出风电场增效的措施和改造方案。目前,风 电 场增效的主要措施可以分为两大类:一是从风电机组运行控制的角度出发,主要包 括:最佳桨距角调整优化、偏航控制优化、风机运行 维护管理、降低风电机组 自耗电等,这些措施一般可 提升风电场发电量 2 一 3 _ 5 。二是从风电场设计优化的角度出发,主要有:重新优化布置机位 J,将风机布置在风能更优 的 位置;抬高风机塔筒高度,获取更大
11、的风速;采用更长叶片,以增加风能捕 获面积 J。对于 已 建成 的风 电场而言,前 2种措施一方面投入成本较 大,另一方面受 占地、基础荷载及安全性 等条件 限 制,不容易实施。而第种措施是一种能高效地提 升风 电场发 电量的方法,并且最容易实施。本次主要结合甘肃瓜州某风电场增效改造方案 分析研究风电场加长叶片增 效技术方案 的实 施过 程,以及探讨改造方案的技术经济可行性。3 工程实例 3 1 项 目基本情况 甘肃瓜州某风电场场址位于酒泉地区瓜州县城 西北约 2 0 k m 处,场址 区北 高南 低,海 拔 高 度 在 1 2 1 0 O 01 2 8 0 O 0 m之间,场地开阔,地势平坦
12、。根据风能资源评估结果,该风电场风机轮毂高度 处 代表年平均风速为 7 2 7 3 m s,风电场安装了 3 3 台 WT G 一 7 7 1 5 0 0 k W 型风力发电机组,总装机规模 4 9 5 MW,风 电场 可研 阶段 设 计 年 上 网 电量 为 1 1 7 3 6 8 7 Y k wh,年等效满负荷小 时数为 2 3 7 1 h,容量系数为 0 2 7。该风电场于 2 0 0 8年 3月建成投 产,由于风电场区域限电十分严重,实际运行中年上 网电量较差。企业希望利用现有的先进技术手段、风电机组研发经验对风 电场进行适 当改造,以提 升 发电量,增加收益。除了对风 电场风 电机组
13、运行控 制进行优化外,针对该风 电场增效技术措施 的实 际 可操作性,本次初步推荐采用加长叶片改造方案。3 2 方案确定 通过与风机厂家 沟通,采用更长 叶片主要有 2 种方案:一是直接更换更 长的叶片,比如将原有 7 7 机型叶片(叶片长度为 3 7 5 m)直接更换为 8 2机型 叶片(叶片长度为 4 0 3 m);二是在原有叶片根部增 加 1 节套管,以延长叶片的长度。该风电场所采用机型为 WT G一 7 7 1 5 0 0 k W 型 风电机 组,轮毂 高 度 为 6 1 5 m。结合 风 机 厂 家 1 5 0 0 k W型几种风机类型,主要包括 WT G一 7 7、WT G 一8
14、2、WT G 一 8 9,几种机型机组参数对比见表 1。表 1 风机 厂家 1 5 0 0 k W 几种机型机组参数对 比表 机 型 叶片 塔 m 变 W 进 此 K I m s J 蚀 J 曼 W T G 一 7 7 F D、上玻院、L M、惠 腾6 1 5、7 O 1 0 4 4 2 7 5 I E C A 类 W T G 一 8 2 A e m d y n 4 0 3 6 1 5、7 0 l O 4 9 4 7 4 5 0 7 5 I E C A 类 W T G 一 8 9 F D 4 3 5 7 O 1 1 0 6 0 6 0 I E C A 类 由表 1可知,WT G 一 8 9 1
15、 5 0 0机型的设计年平均 风速为 6 0 m s,塔筒高度为 7 0 m。综合考虑该风 电场风况特征和各机组适用性情况,本次初步推荐 风电场风机提效加长 叶片方案为:叶轮直径由 7 7 m 更改至 8 2 m。具体有 2种方案:方 案 1,将原有 7 7 机型叶片直接更换为 8 2机型 叶片;方案 2,在原有 7 7机型叶片根部增加 1节 2 5 m长的套管,使叶轮 直径达到 8 2 m。3 3 年上网电量估算 本次设计采用 WT 4 6版本软件进行发电量计 算,采用 2 座场内测风塔代表年的测风数据、现场实 际风机布置方案及 1:2 0 0 0地形图,采用不同方案 机型当地空气密度下的功
16、率曲线和推力系数曲线进 崔永峰,王海华,高婕 风 电场增效技 术方案研 究 行发 电量计算,得到本风电场各不 同方案风机的理 论年发电量和风机尾流干扰后的年发 电量。经综合折减后,得到该风 电场 4 9 5 Mw 工程风 机提效方案。方案 1的年上 网电量为 1 1 1 9 4 3万 k ,年等效 满负荷小时数为 2 2 6 1 h,容量 系数为 0 2 6。方案 1比原方 案年上 网电量增加 1 0 2 3 1万 k Wh,年等效满负荷小时数增加 2 0 6 h,发 电量增加 了 约 1 0 1;方案 2比原方案年上网电量增加 6 4 7 6万 k Wh,年等效满负荷小时数增加 1 3 1
17、h,发 电量增加 了 约 6 4。风电场不 同方案发电量成果见表 2。表 2 不同方案发电量计算成果对比表 注:年上l碉电量计算暂不考虑限电影响。3 4方案 安全 性校 核 改造方案的技术可行性还需进行风机改造后的 安全性校核,主要包括基础荷载校核和风机部件安 全性校核。3 4 1风 机基 础 载荷校 核 该风电场 已施工完成 的风机基础体型为:钢筋 混凝土扩展基础,混凝土采 用 C 3 5 W6 F 2 0 0,基础 高 3 9 m。基础底部为直径 1 5 0 1T I,高 1 2 m 的圆柱;中间为底面直径 1 5 0 m,顶面直径 6 0 F F I,高 0 7 m 的圆台;上部为直径
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- 标准规范 最新 电场 增效 技术 方案 研究
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