風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀況分析及優(yōu)化

作者/田茹會(huì)，陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀況分析及優(yōu)化

作者/田茹會(huì)，陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文計(jì)算出風(fēng)場(chǎng)每個(gè)月的平均風(fēng)速，定義了風(fēng)能資源的利用率，算出風(fēng)電場(chǎng)每個(gè)月風(fēng)能資源的利用率來(lái)分析風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能的利用情況；推導(dǎo)出風(fēng)能功率的計(jì)算公式，用風(fēng)能功率的大小來(lái)判斷風(fēng)能資源與發(fā)電機(jī)的匹配度；用試探法得到了合理的維修人員的排班方案和風(fēng)機(jī)維護(hù)計(jì)劃。

利用率；風(fēng)能功率；排班表

引言

問(wèn)題1，利用文獻(xiàn)[1]給出的各風(fēng)機(jī)安裝處的平均風(fēng)速和風(fēng)電場(chǎng)日實(shí)際輸出功率對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源及其利用情況進(jìn)行評(píng)估。

問(wèn)題2，定義風(fēng)能資源與風(fēng)機(jī)匹配度，根據(jù)附件2、附件3和附件4的數(shù)據(jù)，判斷4#、16#、24#風(fēng)機(jī)，33#、49#、57#風(fēng)機(jī)處，新型號(hào)風(fēng)機(jī)和現(xiàn)有風(fēng)機(jī)相比，哪個(gè)匹配度更高。

問(wèn)題3，因?yàn)榘踩a(chǎn)需要，風(fēng)機(jī)每年需要進(jìn)行兩次停機(jī)維護(hù)，兩次維護(hù)之間的連續(xù)工作時(shí)間應(yīng)小于等于270天，而且每次維護(hù)需一組維修人員連續(xù)工作2天。風(fēng)電場(chǎng)每天需有一組維修人員值班以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。風(fēng)電場(chǎng)共有4組維修人員可從事值班或維護(hù)工作，每組維修人員連續(xù)工作時(shí)間不超過(guò)6天。請(qǐng)制定風(fēng)機(jī)維護(hù)計(jì)劃與維修人員的排班方案，使各組維修人員的工作任務(wù)相對(duì)均衡，且風(fēng)電場(chǎng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1. 模型分析與建立

1.1 問(wèn)題一分析與求解

風(fēng)電廠風(fēng)能資源的情況可以通過(guò)平均風(fēng)速來(lái)反映。在風(fēng)速小于9.4時(shí)，平均風(fēng)速越接高，風(fēng)能資源情況越好。所以計(jì)算每個(gè)月的平均風(fēng)速來(lái)分析該風(fēng)電廠的風(fēng)能資源。

利用Excel進(jìn)行計(jì)算得到每個(gè)月的平均風(fēng)速：

大部分學(xué)生還在單純依靠背誦的方式學(xué)習(xí)文化這部分的知識(shí)，而不會(huì)選擇理解、合作討論、自主探究的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，充滿(mǎn)被動(dòng)性，他們更加傾向于把課后所有學(xué)習(xí)時(shí)間放在背誦之前所畫(huà)的知識(shí)點(diǎn)上，出現(xiàn)了本末倒置的錯(cuò)誤。這導(dǎo)致學(xué)生死記硬背，不能靈活運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)，在課后習(xí)題和日?？荚囍?，在面對(duì)源于知識(shí)卻又高于知識(shí)且變化多端的選擇題、材料題時(shí)感到無(wú)從下手，成績(jī)下降。有一些高中生普遍缺乏文化參與的熱情，故而難以在實(shí)踐中運(yùn)用、檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)。

表1 月平均風(fēng)速

對(duì)比表2中的年平均風(fēng)速參考值，2月份等級(jí)很高，1、4月份等級(jí)高，5、6、9、12月份等級(jí)較高 ；3、7、8、10、11月份的平均風(fēng)速達(dá)不到并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)速要求。

表2 風(fēng)功率密度等級(jí)

根據(jù)表1和風(fēng)功率密度等級(jí)表2[2]進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，得出該地區(qū)年平均風(fēng)速為5.55m/s，和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比，該地區(qū)的風(fēng)能資源較好。

風(fēng)能資源的利用率=電場(chǎng)實(shí)際輸出電能/風(fēng)產(chǎn)生能量=風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際輸出功率/風(fēng)能功率。

風(fēng)能資源的利用率為, 風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際輸出功率為a，風(fēng)能功率b ，所以

如果比值c大，說(shuō)明風(fēng)能資源的利用率高；如果比值c小，風(fēng)能資源的利用率就低。

表3 風(fēng)場(chǎng)的臺(tái)風(fēng)機(jī)的平均功率

利用Matlab擬合出風(fēng)速和功率的函數(shù)關(guān)系[2]：

利用上式及前面計(jì)算出的月平均風(fēng)速，可得出12個(gè)月風(fēng)產(chǎn)生能量的功率。

表4 風(fēng)產(chǎn)生能量的功率

利用Excel算出風(fēng)電場(chǎng)每個(gè)月的平均實(shí)際輸出功率，見(jiàn)表5。

表5 電場(chǎng)月平均實(shí)際輸出功率

所以風(fēng)能的利用率見(jiàn)表6。

表6 風(fēng)能的利用率

從上表可以看出，月平均風(fēng)速高時(shí)，風(fēng)能的利用率低；月平均風(fēng)速低時(shí)，風(fēng)能的利用率卻高。

1.2 問(wèn)題二的分析與求解

利用Excel軟件計(jì)算附件二中4#、16#、24#、33#、45#、57#風(fēng)機(jī)點(diǎn)的年平均風(fēng)速，分別為6.323，6.066，5.743，5.648，6.033，6.196。結(jié)合附件3和附件4中五個(gè)機(jī)型的額定功率和額定速度，利用（1）式可算出4#、16#、24#、33#、45#、57#風(fēng)機(jī)點(diǎn)在不同型號(hào)下產(chǎn)生的功率。

表7 4#等六個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)的功率

通過(guò)以上模型得出結(jié)論：在4#、16#、24#風(fēng)機(jī)點(diǎn)處機(jī)型Ⅰ的輸出功率最大，所以此處原有機(jī)型比新型號(hào)更匹；在33#、49#、57#機(jī)位處機(jī)型Ⅲ的輸出功率最大，所以機(jī)型Ⅲ比現(xiàn)有機(jī)型更合適，建議將該處機(jī)位的機(jī)型換為機(jī)型Ⅲ。

1.3 問(wèn)題三的分析與求解

分析前兩問(wèn)得出，2月到5月和8月到11月兩時(shí)段內(nèi)的平均風(fēng)速較低，將維修人員安排在該時(shí)段內(nèi)維護(hù)風(fēng)機(jī)可使風(fēng)電場(chǎng)的效益達(dá)到最大化。根據(jù)問(wèn)題所給的風(fēng)機(jī)數(shù)量，得出風(fēng)機(jī)維護(hù)所需的總天數(shù)，制定出以下兩種排版方案表8、表9：

表8 維護(hù)排班表

表9 值班排班表

表10 各小組年維修天數(shù)和值班天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

全部風(fēng)機(jī)維護(hù)一次總天數(shù)為：124＊2=248天。

以28天為一周期，各小組在一周期內(nèi)的維護(hù)天數(shù)為16天，值班天數(shù)為8天，休息天數(shù)為10天。一周期內(nèi)所有維修小組總維修天數(shù)為64天，維護(hù)完所有風(fēng)機(jī)需要3個(gè)周期余14天。

所以每次維護(hù)完所有風(fēng)機(jī)需要每個(gè)小組工作62天，在此期間內(nèi)每小組的值班天數(shù)為28天，休息天數(shù)為14天，所以使用表8的總天數(shù)為208天，得出用表9的總天數(shù)為156天。

表10以24天為一周期，各小組周期內(nèi)值班天數(shù)為6天，休息天數(shù)為18天。得出總各小組總值班天數(shù)為39天。所以得出年值班天數(shù)為95天。

第一次維護(hù)最佳時(shí)期為2月1日到5月21日，第二次維護(hù)最佳時(shí)期為8月1日到11月18日。

除過(guò)維護(hù)風(fēng)機(jī)時(shí)間段的排班表（表六）以24天為一周期，在此期間工作三天休息九天。

以此使各組工作人員的工作任務(wù)相對(duì)均衡且風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益較好。

2. 結(jié)論

用平均風(fēng)速來(lái)判斷風(fēng)能資源情況，考慮因素少，便于計(jì)算；把風(fēng)能資源與風(fēng)機(jī)的匹配度用風(fēng)能功率的大小來(lái)進(jìn)行判斷，計(jì)算方便，區(qū)分度好。當(dāng)數(shù)據(jù)較多時(shí)，用試探法排班容易出現(xiàn)重復(fù)、遺漏。

＊ [1]http：//www.mcm.edu.cn

＊ [2]《風(fēng)電廠風(fēng)能資源評(píng)估方法》（GB/T 18710—2002）

＊ [3]卓金武，李必文，魏永生等，MATLAB在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用（第二版），北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2014.