提高風電場發電量的技術及其應用研究

胡曉春

摘 要：近些年來，社會經濟的快速發展，居民生活質量水平的不斷提升，對電場發電量提出了新的要求。其中風電場主要應用風資源進行發電，其不僅能夠滿足經濟發展對于電量的需求，還不會對環境造成污染。該文通過對風能資源進行分析，重點研究了提高風電場發電量的技術方法，如偏航控制方法的優化、加大受風面積、更換葉片、創建合理的槳距角、對發電量相對偏低的機位完成移機等，從而有效提升風電場發電量，滿足企業與居民的用電需求，推動社會經濟的進一步發展。

關鍵詞：風電場 發電技術 受風面積

中圖分類號：TM614；TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0090-01

風力發電主要是應用大自然風資源進行發電，通過風力發電機組將風能轉變成機械能，然后再把機械能轉換成電能，然后輸送至電網，最后利用電網輸送至千家萬戶。目前風電項目的不斷增多，大部分風電場裝機規模和單機容量以及選址等多方面存在一定差異，同時各個風電場的發電量也存在明顯差距。對此，分析提高風電場發電量技術和應用有著重要意義。

1 風能資源分析

風能資源十分豐富。依據估算，世界上風能資源為地球中水資源的10倍，其中每年可以達到53萬億kW/h，但是現階段開發與應用的風資源僅僅是一小部分。分布國家與地區依據當地的具體風資源條件有效估算出相應的風資源開發量。但是開發量估算不能僅僅依據風況條件進行確定，一定要綜合考慮可以安裝風力機的相關土地面積。如某地區風資源的開發量主要指此區域風能條件基礎上，能夠安裝風力發電設備的總容量。各臺機組的容量作為一個理論的相應設計計算獲取的數值，而且各臺機組運行過程中是否可以滿足此設計值和當地風能潛力以及風況條件存在密切關系。唯有充分掌握創建風電場區域的風況過后，設計選取合適的風電機組才可以獲取合理的發電量，從而確保風力機可以實現預期目標，最終獲取最大的經濟效益。

2 提高風電場發電量的技術方法

2.1 偏航控制方法的優化

偏航系統是水平軸風力發電機組必不可少的組成系統之一，主要作用有兩個，一是與風電機組的控制系統相互配合，使風電機組的風輪始終處于迎風狀態，充分利用風能；二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發電機組的安全運行。而風輪相應有效掃風面積主要指針對來風方向的相關面積，若是風輪軸線和來風方向存在夾角，這時有效掃風面積就是風輪掃風面積相應的余弦值。除此之外，因為在偏航動作影響下，風電機組會受到原方向慣性作用，出現部分能量的損失。而偏航控制方法主要是在來風方向和風輪軸向的相應夾角超出規定角度時進行偏航動作，此監督是容差角。在實踐運行過程中，風向變化相對頻繁，所以容差角大小和偏航頻率就會產生了矛盾。對此偏航控制方法一定要尋找適宜的容差角和風向夾角的均值，進而加強風能捕獲能力。

2.2 加大受風面積

風力發電項目和火力發電以及水力發電存在一定差異，其中火力與水力發電能夠自由、有效控制能量的輸入，進而實現電能輸出的嚴格控制，但是風力發電并非如此，風能作為一種自然過程性能源，其不可以貯存與人為產生變化，僅僅可以順勢進行應用。針對一臺調節性能相對良好的機組，能夠在一定程度上加大葉輪掃風面積，有效提升機組的發電量。根據擬建區域的風能資源分析，選擇合適的風機葉片長度即掃掠面積和輪轂高度，以實現最大化利用風能資源。

2.3 更換葉片

新裝的風電機組并不會出現此種問題，由于在進行安裝前通過長時間測風，能夠選擇一項適宜當地風能資源的機組，從而滿足年發電量的有關需求。針對已經正常運行的風電機組，以往風電機組基礎的成本十分高，進行地點的更換是不可能的，但是僅更換一臺新的風力機葉片相對便宜，同時其他相關部件不更換。若是風電機組的年應用小時為2000h，依據目前的風電價格進行計算，可以每年增加發電量15%。因此，在安全載荷計算通過的情況下，可以通過更換葉片提升風電場發電量。

2.4 合理槳距角的建立

因為葉片生產制造和安裝以及設計存在一定誤差，所處的不同環境與不同風速，會造成風的湍流度與風切變產生一定差異，然后導致入流角度和設計入流角度出現偏差，從而嚴重影響電場風電機組相應風能捕獲率。而合理的槳距角主要經過在各種風速下建立相應的槳葉角度，然后經過認真對比與分析過后，選擇一個最為適宜的槳葉角度。

2.5 發電機雙模改造

現階段，發電雙饋技術的不斷發展，使發電機中的最低轉速達到了1080r/min，若是風速相對偏低難以滿足此轉速時，可以將風電機組有效切出。若是雙饋發電機的轉速相對偏低，就會導致工作效率下降。經過變化發電機的定子相應接線方法，能夠把雙饋發電機轉換成為鼠籠發電機，進而在一定程度上有效降低機械損耗，提升發電機的工作效率，從而有效增加電場發電量。

2.6 發電量偏低的機位實現移機

針對發電量相對偏低的機位，通常是因為地理位置的風資源出現高估導致的。此部分機位可以利用機組技術進行有效改進，還可以應用更換長葉片的手段，但是提升發電量十分有限。對此，應該利用移機的手段將機組移至風資源相對豐富的區域，還可以加大塔筒的高度，實現發電量的有效提升。

3 結語

在分析風能資源評估的基礎上，重點研究了提升風電場發電量的方法，如偏航控制方法的優化、加大受風面積、更換葉片、發電機雙模改造等，根據具體狀況選擇相應的技術，可以在很大程度上有效提高風電場發電量。

參考文獻

[1] 吳功高，葉中雄，姚明，等.安徽電網接納風電能力的分析研究[J].華東電力，2011，39（6）：997-999.

[2] 王麗婕，廖曉鐘，高爽，等.并網型大型風電場風力發電功率-時間序列的混沌屬性分析[J].北京理工大學學報，2012，27（12）：1077-1080.

[3] 潘迪夫，劉輝，李燕飛.基于時間序列分析和卡爾曼濾波算法的風電場風速預測優化模型[J].電網技術，2011，32（7）：82-86.