风电场风电机组选型、布置及风电场发电量估算

5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算

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5 机型选择和发电量估算

5.1风力发电机组选型

在风电场的建设中，风力发电机机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件等制约。在技术先进、运行可靠的前提下，选择经济上切实可行的风力发电机组。根据风场的风能资源状况和所选的风力发电机组，计算风场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。

5.1.1 建设条件

酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形，成为东西风的通道，风能资源丰富。场址位于祁连山山脉北麓山前冲洪积戈壁平原上，地势开阔，地形平缓，便于风机安装；风电场东侧距312国道约30km，可通过简易道路运输大型设备。

根据黑厓子北测风塔 2008年7月～2009年6月测风数据计算得到该风电场场址90m高度风功率密度分布图见图5.1（图中颜色由深至浅代表风能指标递减）。由图5.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据风能资源计算结果，该风电场主风向和主风能方向一致，以E风和W风的风速、风能最大和频次最高。

用WASP9.0软件推算到预装风电机组轮毂高度90m高度年平均风速为7.32m/s，平均风功率密度为380W/m2，威布尔参数A=8.3， k=2.0；50m高度年平均风速为7.04m/s，平均风功率密度为330W/m2，威布尔参数A=7.9， k=2.06。根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级为3级。

黑厓子西风电场90m高度年有效风速（3.0m/s～25.0m/s）时数为7131h，风速频率主要集中在3.0 m/s～12.0m/s ,3.0m/s以下和25.0m/s以上的无效风速少，无破坏性风速, 年内变化小，全年均可发电。

由玉门镇气象站近30年资料推算70m、80 m、90 m和100m高度标准空气密度条件下50年一遇极大风速分别为48.00m/s、48.90 m/s、49.71 m/s和50.45m/s,小于52.5m/s。50～90m高度15m/s风速段湍流强度介于0.0660～0.0754之间,小于0.1，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)判定该风电场可选用适合IECⅢ及其

以上安全等级的风机。

图5.1 黑厓子西风电场90m高度风功率密度分布图

5.1.2 机型选择

根据目前国内成熟的商品化风电机组技术规格，并结合该风电场建设条件，初步选择单机容量为2000kW、2500kW和3000kW的风电机组进行比选。机型特征参数如下：叶片数： 3片

额定功率： 2000kW、2500kW和3000kW

风轮直径： 93～113m

切入风速： 3～4 m/s

切出风速： 20～25m/s

额定风速： 11～12.5m/s

安全风速： 52.5～70m/s

轮毂高度： 69～100m

根据黑厓子西风电场风能资源特点和场址范围，风机排布采用东西间隔9D，南北间隔5D，按风机厂提供的当地空气密度下的功率曲线采用WASP9.0软件分别计算各风电机组发电量。并参照目前各风电机组在我国市场上的大致价格情况，对初选的3种机型6种方案进行了投资估算和财务分析，结果见表5.1。

表5.1 初选方案技术经济比较表

由表5.1可看出，各方案中，方案1的单位电度投资最小，为3.83元/kW.h；方案6的单位电度投资最大，为4.19元/kW.h。由于方案5为业主指定机型，所以本次以方案5（华锐SL113-3000/90）机型作为设计依据。

5.1.3 风力发电机组的技术指标

推荐机型风力发电机机组主要技术参数见表5.2，推荐机型风力发电机功率曲线及推力系数曲线表（1.017 kg/m3）见表5.3。推荐机型风力发电机（1.017 kg/m3）功率曲线和推力系数曲线见图5.2。

表5.2 SL113-3000/90低温型风机主要技术参数表

表5.3 推荐机型功率曲线及推力系数曲线表（1.017 kg/m3）

图5.2 推荐机型SL113-3000/90（空气密度1.017kg/m3）功率曲线和推力系数5.2 风电场总体布置

5.2.1 风电机组布置原则

（1）根据风向和风能玫瑰图，使风机间距满足发电量较大，尾流影响较小为原则。从本风电场风向、风能玫瑰图分析，主风向为西(W)风和东(E)风，风能最大的方向是西(W)风和东(E)风，风电机组排列应垂直于主风能方向。

（2）本风电场属戈壁滩地，地势平坦。风电机的布置应根据地形条件，充分利用风电场的土地和地形，经多方案比较，选择机组之间的行距和列距，尽量减少尾流影响。

（3）考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求输电线路长度较短，运输和安装方便。

（4）不宜过分分散，便于管理，节省土地，充分利用风力资源。

5.2.2 风电场内风电机组布置

风电场场址为戈壁荒滩，地势平坦，主风向和最大风能密度的方向一致，盛行风向稳定，所以，本区域风电场风机排列方式采用矩阵式分布，该风电场内部采用梅花型布置。即风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，后排风机位于前排2台风机之间。

根据国外进行的试验，风机之间的距离为其风轮直径的20倍时，风机之间无影响，但考虑到道路、输电电缆等投资成本的前提下，风机之间列距一般约为3～5倍风轮直径，行距约为5～9倍风轮直径。根据本风场常年风向和主风能方向为E和W，确定南北为列，东西为行。选取华锐SL113-3000/90风机（轮毂高度为90m，功率曲线为1.017kg/m3下）分别按4D×8D、4D×9D、4D×10D、5D×8D、5D×9D、5D×10D、6D×8D、6D×9D 布置进行比较。经过比较发现，增大风机南北间距比增大东西间距发电量增加的多，且风机间距增大到一定程度后间距增大发电量增加缓慢。各布置方案中5D×9D布置方案最优，最终按5D×9D布置，即南北间隔为5D （565m），东西间隔为9D（1020m）。具体机位可根据实际地形进一步在小范围内优化，以便风机布置更为合理。风电场推荐机型风机总平面布置图见附图15。

5.2.3 风电场之间尾流影响分析

黑厓子西风电场东侧有已建成的黑厓子风电场一期、二期（各安装24台单机容量2.0MW的风机，总装机容量96MW）。

为尽可能减少风电场之间的尾流影响，本次设计考虑在两个风电场之间设置一定的风速恢复距离。在计算分析过程中，当逐步增大两个风电场的距离时，风电机组之间的尾流影响值也逐步减小，且风场间距增大到一定程度后间距增大尾流影响减小缓慢。考虑到黑厓子西后期风机布置，本次黑厓子西风电场和已建成的黑厓子风电场之间预留1.3km的间距。

5.3 年上网电量估算

（1）理论年发电量计算

根据黑厓子北测风塔2008.07～2009.06实测资料及风机布置方案，推荐机型华锐SL113-3000/90当地空气密度（1.017kg/m3）下的功率曲线和推力系数，利用WASP9.0软件进行发电量计算，得到黑厓子西风电场工程风机的理论年发电量和风机尾流影响后（计算时不仅考虑了本风场风机之间的尾流影响，而且考虑了黑厓子一期、黑厓子二期风电场风机的尾流影响）的年发电量。

（2）风电机组利用率

根据目前不同风电机组的制造水平和本风电场的实际条件，本次设计风机可利用率采用95%。