基于風(fēng)能資源的風(fēng)電場后評估

摘 要：采用多種后評估方法相結(jié)合的措施，對已建風(fēng)電場的設(shè)計(jì)資料和運(yùn)行資料進(jìn)行分析，為如何選取具有代表性的測風(fēng)塔，最優(yōu)的尾流模型以及接近實(shí)際的折減系數(shù)等方面鑒定了經(jīng)驗(yàn)與基礎(chǔ)，能夠在風(fēng)電場設(shè)計(jì)階段盡量避免可能存在的誤差，從而提高風(fēng)電場的效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；后評估；測風(fēng)塔；尾流；折減系數(shù)

1 概述

經(jīng)過這幾年風(fēng)能的開發(fā)與發(fā)展，我國風(fēng)電場的總裝機(jī)規(guī)模在2010年已達(dá)到全世界第一，但風(fēng)電的迅猛發(fā)展無疑帶來了巨大的機(jī)遇，但同時(shí)也帶來了巨大的挑戰(zhàn)，已建風(fēng)電場實(shí)際運(yùn)行效益與設(shè)計(jì)效益存在較大的差異，如何減少差異成為影響風(fēng)電場效益的重要因素，因此迫切要求對已建風(fēng)電場進(jìn)行后評估，從而獲取較為豐富的經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)風(fēng)電場的建設(shè)以及已建風(fēng)電場運(yùn)營提供基礎(chǔ)。由于風(fēng)能資源的不確定性以及風(fēng)電場地形的復(fù)雜性，導(dǎo)致風(fēng)能資源成為影響風(fēng)電場效益的主要原因。因此開展基于風(fēng)能資源的風(fēng)電場后評估能從多種可見因素中尋找差異的因素，減少風(fēng)電場設(shè)計(jì)階段可能出現(xiàn)的可避免因素，縮短設(shè)計(jì)效益與運(yùn)行效益之間的差異，盡量提高風(fēng)電場的效益。

2 評估方法

項(xiàng)目后評估[1]是指在項(xiàng)目建成投產(chǎn)或投入使用后的一定時(shí)刻，對項(xiàng)目的運(yùn)行進(jìn)行系統(tǒng)地、客觀的評價(jià)，并以此確定目標(biāo)是否達(dá)到，檢驗(yàn)項(xiàng)目是否合理和有效率。通過項(xiàng)目后評估，為未來的項(xiàng)目決策提供經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，有利于實(shí)現(xiàn)投資項(xiàng)目的最優(yōu)控制。對于風(fēng)電場后評估主要指對一個(gè)已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電場進(jìn)行全面評估，包括運(yùn)行階段的風(fēng)資源以及運(yùn)行階段的風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)等情況，找出實(shí)際行階段與設(shè)計(jì)階段所存在的差距，同時(shí)進(jìn)一步分析導(dǎo)致這些差異的原因。后評估結(jié)論的科學(xué)與準(zhǔn)確與否，很大程度上取決于評估方法的選擇。后評估的方法論原則[2]，主要包括前后對比法，有無對比法，發(fā)展趨勢預(yù)測法[3]，邏輯框架分析方法，成功度分析法與數(shù)據(jù)收集方法。

不同的方法側(cè)重面不同[4]，而且評估的難易程度也有很大差異，因此要針對不同的項(xiàng)目選擇相應(yīng)的方法。為了達(dá)到風(fēng)電場設(shè)計(jì)后評估的目的，應(yīng)采用宏觀分析和微觀分析相結(jié)合、定量分析和定性分析相結(jié)合的對比方法，通過綜合分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提出問題和建議。

3 算例分析

3.1 風(fēng)電場基本資料

選取某一風(fēng)電場對其進(jìn)行分析，該風(fēng)電場地勢開闊平坦，海拔高度為1～3m。共立三座測風(fēng)塔，采用81臺S50/750kW和93臺S77/1500kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行一年的參數(shù)主要見下圖。

機(jī)組整體可利用率在99%以上，其中FA08#機(jī)組的可利用率只有97%，是由于該機(jī)組機(jī)艙故障，維護(hù)了228h。

09年81臺機(jī)組平均故障小時(shí)1508h，其中由于電網(wǎng)引起的故障平均1505h；故障小時(shí)最高紀(jì)錄為FC02號機(jī)組，故障消失2268.1h，其中電網(wǎng)引起的占2143.6h，主要電網(wǎng)故障為遠(yuǎn)程停機(jī)或電網(wǎng)電壓低。

3.2 后評估要素分析

3.2.1 測風(fēng)塔代表性

如上圖所示，機(jī)組實(shí)測年平均風(fēng)速與測風(fēng)塔推算至機(jī)組的年平均風(fēng)速變化趨勢一致，兩測風(fēng)塔推算值之間的契合度非常好，平均風(fēng)速偏差在0.1m/s附近，部分機(jī)組推算風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)速相差較大，達(dá)到0.3m/s。其中8166#測風(fēng)塔40m高度推算值與實(shí)測值契合度較高，從而可知該測風(fēng)塔基本上能代表本風(fēng)電場的風(fēng)能資源。

3.2.2 尾流模型

尾流模型有多種，主要有N.O. Jensen模型[5]、N.O.Jensen（EMD2005）模型J.F. Alinslie模型以及G..C.Larsen模型等，分別嵌套不同的軟件中，對實(shí)際的尾流模型進(jìn)行了不同程度的簡化。采用各種模型計(jì)算的理論發(fā)電量，較實(shí)際發(fā)電量都大約20%以上。N.O.Jensen模型、N.O.Jensen（EMD2005）模型、J.F.Alinslie模型的計(jì)算結(jié)果相差較小，差距在1%以內(nèi)。采用N.O.Jensen（EMD2005）模型發(fā)電量跟，接近于實(shí)際發(fā)電量。因此用N.O.Jensen（EMD2005）相對于其它模型能較好的模擬實(shí)際的尾流模型。

3.2.3 折減系數(shù)分析

（1）功率折減

在機(jī)組運(yùn)行過程中，實(shí)際的空氣密度、機(jī)組的控制與湍流、氣候條件、葉片污染對發(fā)電量的影響，都表現(xiàn)在對功率曲線的影響上。為了分析出實(shí)測功率曲線和理論功率曲線對發(fā)電量的折減，我們采用實(shí)測的機(jī)組風(fēng)頻率和實(shí)測功率曲線計(jì)算出實(shí)測功率曲線的理論發(fā)電量P1，實(shí)測風(fēng)頻率和廠家的理論功率曲線計(jì)算出理論功率曲線的理論發(fā)電量P2，則P1/P2為實(shí)際功率曲線和理論功率曲線的發(fā)電量折減比值，為功率曲線折減系數(shù)。

將每臺機(jī)組的功率曲線折減系數(shù)乘以每臺的理論發(fā)電量，得到功率曲線折減后的發(fā)電量，對比如圖7-圖9所示：

81臺機(jī)組平均功率曲線折減為95.41%，其中折減小于90%有9臺，小于95%大于90%有32臺，小于100%大于95%有25臺，大于100%小于105%有12臺，大于105%有3臺。即有37臺（約占81臺45.7%）的機(jī)組的功率曲線和標(biāo)準(zhǔn)理論功率曲線誤差在±5%以內(nèi)。該折減系數(shù)基本接近于理論折減系數(shù)。

（2）故障折減

在討論過功率曲線折減后，我們再分析下對發(fā)電量折減影響較大的兩個(gè)因素，機(jī)組的可利用率折減，電網(wǎng)的波動(dòng)和限電折減。與這兩項(xiàng)相關(guān)的是機(jī)組故障：機(jī)組可利用率即指機(jī)組除去故障停機(jī)、維護(hù)的正常運(yùn)行時(shí)間和環(huán)境允許的時(shí)間比；電網(wǎng)的波動(dòng)和限電，在機(jī)組運(yùn)行記錄里均記錄為故障（電網(wǎng)電壓低、遠(yuǎn)程停機(jī)等）。在一年8760個(gè)小時(shí)內(nèi)，剔除故障和維護(hù)時(shí)間的可利用時(shí)間T1，與全年8760小時(shí)的比值，即為故障折減。

整體平均的故障折減為82.78%，這主要是由于電網(wǎng)平均限電較長、有1505h，約折減82.81%，機(jī)組本身故障占僅0.03%。大部分機(jī)組的故障率相近，在81～84%之間，機(jī)組故障折減最大的是FC02（74.1%）、FA04（79.96%）機(jī)組，分別是由于電網(wǎng)電壓低故障時(shí)間較長、機(jī)艙故障引起。

（3）計(jì)算軟件存在的問題

在進(jìn)行功率曲線、故障折減后，理論發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量的誤差，主要是軟件計(jì)算產(chǎn)生。如圖13所示，理論折減后發(fā)電量比實(shí)際少估算了3849MWh，約4.3%，接近理論折減系數(shù)5%。

如圖14所示，軟件對不同行間的尾流估算，大于實(shí)際不同行間尾流，前兩行較接近，第五行FA01多估算12.8%的尾流。

如圖15所示，軟件對不同列間的尾流估算，小于實(shí)際不同列間尾流，從第二列開始，理論尾流比實(shí)際尾流少估算6.3%～8.2%。

4 結(jié)束語

通過基于風(fēng)能資源的風(fēng)電場后評估分析，對風(fēng)電場設(shè)計(jì)原則中的基于風(fēng)能資源的參數(shù)取得了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，主要包括如何立測風(fēng)塔，尾流模型的選取，以及各類折減系數(shù)的選取等，為后續(xù)風(fēng)電場的風(fēng)能資源評估提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，從而減少風(fēng)電場設(shè)計(jì)效益與運(yùn)行效益之間的差異，提高風(fēng)電場的效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張禮安，李華啟，李剛，等.建設(shè)項(xiàng)目后評價(jià)方法和程序[J].國際石油經(jīng)濟(jì)，2005，13（11）：44-47.

[2]呂太，張連升，李琢，等.層次分析法在風(fēng)電場運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性評價(jià)中的應(yīng)用[J]中國電力，2006，39（6）：42-44.

[3]楊永紅，李獻(xiàn)東.風(fēng)電項(xiàng)目后評價(jià)理論方法探討[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2008（3）：6-9.

[4]申洪，王偉勝.一種評價(jià)風(fēng)電場運(yùn)行情況的新方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23（1）：90-93

[5]I.Katic，J.Hojstrup，N.O.Jensen，A simple model for cluster efficiency[C]，EWEC'86，Rome，1986，pp.407-410.

作者簡介：鄒紅（1968-），女，高級工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)槟茉捶较虻取?/p>

曾利華（1984-），女，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉匆?guī)劃。

王曉冬（1979-），男，高級工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏こ獭?/p>