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风电机组选型的技术性、实用性和经济性
内容简介:风力发电机组选型的经济性,主要指评价该风场投资所产生的经济效益。对于一个风电项目,主要风险变量有固定资产投资、年上网电量和上网电价等。
在风电场建设过程中,风力发电机组的选择受到自然环境、交通运输、吊装等条件的制约。同时,风力发电机组的选择决定了建场投资和发电量,风机选型就是要在这两者之间选择一个最佳配合。在技术先进、运行可靠的前提下,根据风场的风能资源状况,选择经济上切实可行的风力发电机组,计算风场的年发电量,选择综合指标最佳的风力发电机组。 

风力发电机组选型的好坏不仅影响风力发电场投资的多少,还影响投产后的发电量和运行成本,最终影响上网电价。因此,在风力发电项目固定资产投资中,风力发电机组的选型具有重要意义。 

机型选择的基本原则及主要要求 

(一)基本原则 

首先,性能价格比最优,即以最低的价格购买到性能、质量最好的风力发电机组产品。 

其次,以发电成本最小为指标,充分考虑发电机投入和产出的效益。在一些特殊情况下,如果各风力发电机组的发电量相差不大,则风力发电机组选型时就要考虑能否用最小的发电成本转化成最大的容量系数。 

(二)要求 

1、质量认证。风电机组制造必须具备ISO9001质量保障体系认证,这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系。 

2、机组功率曲线。功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要曲线之一。 

3、制造商业绩。业绩是评判一个风电制造企业水平的重要指标之一。 

4、特殊环境要求。台风、低温、雷暴、沙尘等特殊环境都会对风力发电机组造成影响,因此在这些特殊的环境下,对风力发电机组提出各种不同要求。 

影响风力发电机组选型的主要因素 

首先是与风能资源有关的因素。主要包含额定风速、极限风速、切出风速等几个重要指标。不同风力发电机组的出力差别主要集中在额定风速以下的区间,因此对额定风速的确定直接关系到风力发电机组的出力指标,额定风速与风力发电场的年平均风速越接近,则风力发电机组的满载发电率越高。 

另外就是极限风速。它主要关系到风力发电机组的安全性。若风力发电场的极限风速超过风力发电机组的极限风速,则风力发电机组可能被破坏。但是如果盲目追求安全性,不恰当地选择极限风速过高的风力发电机组产品,则会毫无意义地增加投资。因为由额定风速到切出风速之间风力发电机组处于满功率发电状态,选择切出风速高的产品有利于多发电。但切出风速高的产品在额定风速到切出风速的控制增加需要增加投入,投资者必须根据风力发电场的风能资源特点综合考虑利弊得失。 

其次是与风力发电机组类型及容量有关的因素。风力发电机组的主要类型可分为定桨距与变桨距、被动失速与主动失速、恒速恒频与变速恒频等。另外,随着风电机组单机容量的增加或减少,单位千瓦的造价都会有一定程度的增加。单机容量大的机组的风轮直径、塔架高度、设备重量都会增加,导致机组成本增加。 

再次要考虑风力发电机组的低电压穿越能力。低电压穿越是指,当电网因为各种原因出现瞬时的、一定幅度的电压降落时,风力发电机组能够不停机继续维持正常工作的能力。低电压穿越能力差的风力发电机组当电网电压降落时会保护性停机并自动切出电网,一台风力发电机组切出电网将导致电网电压的进一步降落,致使整个风力发电机组全部停机,最终导致电网崩溃。因此,风力发电机组的低电压穿越能力是衡量风力发电机组并网性能的重要指标,直接影响了风力发电机组的选型。 

最后是经济因素。主要包括上网电价、固定资产投资和设备的利用率,以及风力发电机组运输、吊装与维护的影响等。
风力发电机组的选型分为单机容量选择和机型选择。 

1、单机容量选择 

根据目前国内外风机市场的现状以及国内已建风电场的装机情况,按照单机容量的大小通常可以将风机分为4个级别。 

①600kW 级机组 

单机容量为600kW或750kW,适合安装在地形复杂的风电场。国外这类机组已开始退出风机市场,国内生产这个级别风机的厂家有新疆金风和浙江运达等。 

②850kW级机组。单机容量在850kW~1000kW之间,这类机组技术成熟,并有良好的运行业绩,适合场地条件较差和运输困难的风电场,在市场上仍有一定的空间和潜力。这个级别的风电机组在国内安装数量较多。 

③MW级机组。单机容量在1MW~3MW之间,这类机组在技术上比较成熟,目前我国1.5~2MW级的机组已经成为主流成熟机型,3MW级机组实现了批量生产,业绩增长迅速,金风等厂家在加紧推出5MW、6MW机型的步伐,华锐、明阳、国电联合动力6MW机型已经安装样机,华锐、湘电、海装并已安装5MW样机,将逐步积累实际经验,步入批量化生产阶段。 

④多MW 级机组。这类风机的部件属超长、超重件,运输和吊装难度很大, 目前在欧美等发达国家有一定数量的安装,主要安装在海上风电场,尚未大规模投入商业运行。 

2、机型的选择 

在风电技术领域,风机类型主要是依据其调节技术的不同而区分的。目前的风机市场,主要有定桨距和变桨距两种。变桨距的调节技术主要有:滑差、变桨、变速、变频以及双馈等。定桨距风机构造简单,调节方式简便,结构结实、牢固,中小型机组采用较多, 适合安装在风况相对复杂的风电场。 

变桨距较定桨距风机结构轻,构造复杂,可根据风速的变化调节以获得较多电量。MW 级机组大多采用变桨、变速、双馈等技术。每种调节技术都代表着不同的风机类型,并有各自的特点,适合不同的风电场条件,没有纯粹的优劣之分。 

目前,风力发电机组朝着大型化、高效率的方向快速发展。并网型风电机组经过几十年的发展,已基本上淘汰了一些不实用、技术有缺陷或者不具备商业价值的机型,形成了现在最常见的水平轴、3叶片、上风向、管式塔的统一模式。
1、风力发电机组选型的技术性 

风力发电机组选型的技术性主要体现在以下几个方面:风资源评估;风功率计算;上网电量估算;机组可靠性。 

①风资源评估 

风场建设,首先要对所选的风场进行风资源评估。目前国内外针对风资源的测试与评估已经开发出许多测试设备和评估软件。在风电场选址,特别是微观选址方面已经开发了商业化软件,如丹麦RIS 国家研究实验室开发的用于风电场微观选址的资源分析工具软件WASP;法国美迪公司开发的meteodyn WT等。国内也有类似的软件,如电场设计及优化软件WINDFARMER,使得风资源在评估时有了一定的保障,为下一步单机容量的选择提供了重要的依据。 

②风功率计算 

根据风资源评估的结论,确定该风场年平均风速和年风功率密度,进一步确定该风电场盛行风向是否稳定,湍流强度是否较小,以及场区实测空气密度和风切变指数、风功率密度等。根据《风电厂风能资源评估方法》(GB/T18710-2002),定性该风场属于哪一类风场,从而在风力发电机组选型上选用适合该风场的高效能风机。 

③上网电量的估算 

根据适合该风场的几类机型,还要进行年理论发电量的计算。也就是根据该风场在标准状态下的功率和推力系数曲线、风电机组的布置和风电场的地形图,采用程序计算得到标准状态下的理论发电量。然后考虑空气密度的修正、尾流修正、控制和湍流折减、叶片污染折减、功率曲线折减、厂用电、线损等能量损耗和气候影响停机等因素,估算出本风电场工程年上网电量。 

④机组的可靠性 

机组的可靠性是指考虑不同机型的结构及构成而提出的机组稳定运行的可靠程度。另外,可靠性还与机组设备所选用零部件的质量、生产质量和安装质量有关。 

2、风力发电机组选型的实用性 

风力发电机组选型的实用性主要是指根据风场的特点,考虑机组选择还要受风电场自然条件、交通运输、吊装等条件的制约。同时,也要考虑风电场的总体规划和规模,再结合选型的技术性,从而决定选用实用类型的机组。 

3、风力发电机组选型的经济性 

风力发电机组选型的经济性,主要指评价该风场投资所产生的经济效益。对于一个风电项目,主要风险变量有固定资产投资、年上网电量和上网电价等。在电网电价暂不确定的情况下,由于风电机组设备价格有较大波动,风电项目投资回报问题已成为影响风电项目投资的主要因素。所以说,在电网价格给定的情况下,对于一个风场的建设和投资,需要考虑因素有单位千瓦的造价、年上网发电量和资金内部收益率。通过对风场建设的多种方案的计算、比较和分析,得出能反映每种方案的经济指标。
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