三十六灣風電場建設中的風電機組選型研究

文 | 周慧娟

三十六灣風電場建設中的風電機組選型研究

文 | 周慧娟

三十六灣風電場位于湖南省郴州市臨武縣北部，距臨武縣區直線距離約25km，場址區域以山地為主，海拔高度在900m－1550m之間，起伏較大，風電場所在區域屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，冬春季風速較大，風向以偏北風居多。三十六灣風電場程風速主要集中在2m/s－10m/s風速段，風能主要集中在11.0m/s－17.0m/s風速段，有效風速利用小時數達到了7736h，即全年的88.1%的時間可以發電。根據測風塔實測最大風速資料推算風電機組預裝輪轂高度80m處50年一遇最大風速為32.7m/s。由測風資料推算風電機組輪轂高度80m 在14m/s－16m/s風速段的湍流強度為0.091。根據國際電工協會IEC61400－1（2005）標準判定該風電場屬IECIII類安全等級，在風電機組選型時需選擇IECIII類及以上安全等級的風電機組。本文通過分析比較單機容量、技術參數、投資估算等因素，旨在為三十六灣風電場中風電機組選型提供參考。

單機容量范圍選定

在對單機容量范圍進行選擇時，首先應確定一個適合于本項目的容量范圍，然后在該范圍內選擇一種技術成熟、市場業績良好、經濟性較好并且國產化率較高的機型。根據目前國內外風電機組市場的現狀以及國內已建風電場的裝機情況，按照單機容量的大小可以將風電機組劃分為以下四個級別：

（一）600kW級機組。單機容量為600kW或750kW，葉片長度在19m－23m，機艙重量在19t－23t，適合安裝在地形較復雜的風電場，考慮到電網低電壓穿越功能的需要，目前該類型的風電場機組已慢慢退出，設計中一般不予考慮。

（二） 850kW級機組。單機容量在850kW－1MW之間，葉片長度在25m左右，機艙重量在27t左右。這類機組技術成熟，并有良好的運行業績，適合場地條件較差和運輸困難的中、小型風電場，在市場上仍有一定的空間和潛力，而且該級別的風電機組在我國已建、在建的風電場安裝數量較多。

（三） 兆瓦級機組。單機容量在1MW－2MW之間，葉片長度在34m－39m左右，機艙重量在40t－70t左右，主要代表機組有1.5MW和2MW型風電機組。該類機組在技術上比較成熟，適合于交通運輸方便的風電場，在國外風電市場所占份額較大，國內目前在建的風電場大多采用該類機組。

（四） 多兆瓦級機組。這類風電機組的部件屬超長、超重件，運輸和吊裝難度很大，目前在發達國家有一定數量的安裝，主要安裝在海上風電場，尚未大規模投入商業運行。

根據三十六灣風電場經濟開發場址范圍，考慮風電場的地形地質和交通條件，并結合當前國內外風電機組技術、市場現狀和項目的經濟性，三十六灣風電場單機容量選擇范圍確定在1.5MW－2MW之間較為合理。

機型方案

一、機組適應性選擇

三十六灣風電場高度80m的代表年平均風速為7.64m/s，平均風功率密度為505.7W/m2。再根據上文提到的風電場風速分布、最大風速和風能主要集中的風速段，確定該風電場應選擇IECIII類及以上安全等級的風電機組。

從充分利用風電場風能資源和風電機組安全的統一性考慮，并通過對國內外風電機組生產廠家的調研以及根據本風電場的風能資源、地形和交通運輸條件、湍流強度以及各型風電機組的成熟性等特點，再結合生產廠家的供貨能力等因素，本階段擬定參與比選的代表性機型為WTG82－1500、WTG82－1650、WTG93－2000。

二、比選機型參數

各機型特征參數見表1，各機型標準空氣密度下功率曲線圖和標幺值圖分別見圖1和圖2。

表1　各比選機型主要參數比選表

圖1　各比選機型功率曲線圖（空氣密度為1.225kg/m3）

圖2　各比選機型功率曲線標幺值圖（空氣密度為1.225kg/m3）

機型選擇

一、各機型方案上網電量計算

根據風電場布置優化結果，采用國內外廣泛使用的WT軟件和WindFarmer軟件計算各方案的理論發電量、尾流影響和凈電量。考慮空氣密度、控制和湍流、葉片污染、風電機組利用率、功率曲線保證率、氣候停機影響和廠用電及線損等折減修正，除尾流影響和不同機組利用率折減不同外，其它折減各方案均按相同折減系數計算。

各機型比較方案的項目年理論發電量均按各型風電機組生產廠家提供的標準狀態下（ρ=1.225kg/m3）的功率和推力曲線計算。在此基礎上，考慮影響風電機組電量效益的一系列折減因素后，計算得出各比較機型方案的上網電量。除尾流影響外，其它綜合折減系數均按30.17%計算。各比選機型上網電量計算成果見表2。

從表2可以看出，各機型方案中年上網電量以WTG82－1500機型方案最大，為10705萬千瓦時；WTG93－2000和WTG82－1650機型位列第二和第三。

表2　各比選機型上網電量計算成果表

表3　各比選機型工程投資估算成果表

二、各比選機型投資估算

根據前述各機型方案機組參數和總體布置，結合土建工程設計和施工布置，按2011年一季度價格水平，依據國家及湖南省、郴州市現行的有關規定、定額、費率標準等以及材料、設備等價格，估算各比選機型工程投資見表3。

表4　各機型比較技術經濟成果表

機型推薦意見

各比選機型技術經濟指標匯總見表4。

分析表4可得出：

在三個比較機型方案中，從項目發電效益來看，以WTG93－2000機型方案項目效益最大，WTG82－1500機型方案次之，WTG82－1650機型方案較差。

從工程投資來看，三個比選方案工程投資在48342萬元－52477萬元之間，其中以WTG93－2000機型方案投資最小，WTG82－1650機型方案次之，WTG82－1500機型方案投資最大。

從項目經濟性來看，單位千瓦投資以WTG93－2000機型方案最小，為10071元/kW；WTG82－1650機型方案次之，為10465元/kW；WTGF82－1500機型方案相對較高，為10601元/kW。單位電度投資則以WTG93－2000機型方案相對最優，為4.61元/kW·h；而WTG82－1650機型方案單位電度投資則明顯高于其他機型方案，為5.24元/kW·h。可見，在三個機型比選方案中，以WTG93－2000機型方案相對最優。

結論

綜合分析，以WTG93－2000機型方案在經濟性方面優于其它比選機型，該機型技術較為成熟，可靠性相對較高，國產化率完全達到了70%以上。因此，本階段三十六灣風電場推薦采用24臺單機容量為2MW的WTG93－2000型風電機組為代表性機型。

（作者單位：長沙電力職業技術學院）