淺析風電機組選型及風電場優化設計

李若毅+李碩

摘 要：跟隨時代的發展，我國的風力發電已經逐步取代耗能大、污染重的傳統發電模式，風能發電的系統建立，其主要是風力發電機組選型因素。發電機組的選型與風電場優化設計在其中扮演著重要角色，它決定了全場效率的優劣，本文主要分析了機組的選型問題，以及風電場優化設計對發電機組的選型提供科學的建設意見，期待我國的風力發電最大化的發揮效益。

關鍵詞：風電機組 電場設計 優化設計 選型 因素

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0052-02

我國針對固有資源的開發利用已經進入成熟階段，當下非再生資源的儲量已無法滿足日益進步的經濟需求，人們在日常生活中對于能源的需求逐步加大，環境的問題與資源利用問題也被廣大人們所關注，而隨著社會的發展進步，風力發電這種可再生清潔能源被廣泛利用是發展趨勢，所以，我們在設計中對于風力發電機組的選型能否符合效益的生成，是否符合經濟效益的提升便是我們重點關注與分析的，我們對發電機組的風電場優化設計與實踐是重中之重。

1 風力發電機組選型中我們需要考慮的因素

1.1 風力發電機組選型中存在的問題

首先，對于發電機組選型是否合理，能否確保機組的正常工作，資源的發電能力是否受到影響，保障經濟效益的合理都是我們需要思考的問題，發電機組的選型對于設計整體存在自身的缺陷，將會導致機組整體的故障率提高，在運行上直接影響著發電效率。其次，風力發電機組是由各個組成部分構成的，各個部件的運行都會導致機組停機現象的發生。最后，發電機組的選型缺乏結合實際情況，在實際運行中性能會受很大影響，從而無法滿足實際的發電情況或未達到設計初衷。

障礙物與摩擦力對于風速的影響，一般，在地面1.5km以下為大氣層也被稱為摩擦層，風掃過摩擦層多削弱風速，氣流通過障礙物時，風速也會降低，然而氣流在平坦的區域范圍是均勻的，所以，風速與多方面因素有關。

1.2 風力發電機組選型需要思考的問題

第一，風力發電顧名思義是利用風的動能，那么我們就需要根據實際的風況作為第一依據，選擇能滿足風力資源的發電機組，也有部分的項目不需要考慮風電場的風能情況。目前我們重點考慮低風速、大葉片的機組，從而增加機組捕風能力，提高機組的發電效率。

第二，資源的充分利用與占地面積的選擇。通常來說，在平坦、低風速區域我們首先考慮高塔筒，因為通過實驗證明，高塔筒較低塔筒而言捕風能力顯著提高，在這我們盡量選擇大容量的機型，這樣才能降低風電機組的數量，從而降低土地的占用量。

第三，要結合地理實際情況進行科學分析，因發電機組對于溫度是有一定要求的，溫度會對其產生一定的影響，所以，要根據環境特征進行選型與優化設計。

例如：在我國的北方地區，冬季的低溫是我們必須思考的問題，在對機組的選型上我們要考慮機組的耐低溫特性以及低溫情況下的作業狀況。比如：我國南方的高溫情況下，在選擇上我們需要考慮其耐高溫特性，在高溫的情況下的作業情況，還有就是沿海地區的特性，我們需要考慮機組的抗腐蝕性、絕緣性等。

第四，風電機組的投入資金與回報問題，我們對于風力發電機組的選擇需要考慮其回報的效率，我們需要選擇一些變槳距機型，這樣可以有效提高風能的利用率，變槳距調速可以克服定槳距中的缺點，對于機組運行的效率有很好的提升，我們在對風電項目進行評估中，風電的投資回報是重點，所以，要充分考慮性價比高的風電機組。

2 案例分析

2.1 情況概述

某風電場設立在沿海地區，風電場地面為灘涂與魚塘，交通與機組整體介入條件相對較好，地面的高程為0.4～2.3m，為東西走向，整體風電場劃分成3個區域共計33臺風電機組，在布置上為三排十一列平行布局，每臺發電機組間距650～700m，列距為650m，地區屬于北亞亞太熱帶季風氣候地區，每年的氣象材料顯示地區的平均風速為2.2m/s，每月的風速較為均勻，3月份與8月份為大風。

2.2 現場資料分析

案例中，設立了70m測風塔對風速進行實時測量，所獲得的數據顯示平均風速為7.1m/s，10m測風為平均2.8m/s，地區地質為1～3m的淤泥層，地震烈度6°，整體工程性能較差，風電場的裝機容量定為49.8MW，電網的容量可以滿足。

2.3 測風塔的選址

風電場的測風塔應設在風電場風能源的位置上，需要遠離高大樹木或障礙物，如果測風塔必須位于障礙物附近，那么應該控制其間距與物理水平應小于障礙物的10倍處安裝，如果設立在樹木密集處，那么要高出樹木的頂端10m以上，一般在風電場區域內安裝2臺以上的70m測風塔，設立的朝向要在風向的上風向，避免障礙物與尾流區，防止湍流使得測風數據偏離，在山脊凹面時，應該在區域前后各安裝一個測風塔，以保障數據的全面性。對于低凹地形在盛行風向與低凹地形走向一致，低凹地形風氣流方能加速，所以，應將測風塔設在低凹地形盛行風向的上風入口處，測風數據才具有代表性。

3 案例分析風電機組選型

由于風電場位于沿海地區，我們結合實際的風能源、工程地質、地形以及電網的條件分析，本案例使用1500kW風電機組，通過風速數據顯示，將風機定為Ⅰ類或Ⅱ類。

3.1 經濟方面

通過分析風機的切入風速與機組的發電量，在經濟適用性中屬于相同，那么我們就需要分析額定功率的經濟性比較。

3.2 機組選型安全性評估

在本案例中，主要使用作業條件危險性評估方法實施評價，經過相關的計算之后，Ⅰ類風機為1級風險，而Ⅱ類風機屬于2級風險。從整體來看，前者可以接受，而后者為一般風險，需要對其進行注意。

4 風能資金投入與回報不平衡

案例分析，我們以我國吉林省為例，無論從局部或是整體等多角度分析，其電能的供給和需求都是不平衡的，平衡每年的增長率為零或者是負增長，電力發電裝機總容量任然持續增加，同比增加8.37%，供大于求問題逐年增加，風電的接納將面臨更大的困難。

5 風電場的優化設計

第一，我們需要對各個方向相鄰的風電機組進行數據對比分析，然后根據分析所得到的數據對風機之間的間距進行調整，盡量多反復驗算和比較，最后得到合理的風機數量與間距。

第二，通過分析整體風電場的布局，對于布置方案與配套設施進行優化，在投資、度電投資、單位投資與上網電價等綜合性能對比指標，選擇最為優化的布置方案。

第三，節能減排組合優化，盡量最大限度地降低耗能，提高能源利用率，制定風電機組自己投入回報，逐步對比新目標，在相同的約束下對比原有問題制定優化方案。

6 結語

綜上所述，我國的風力發電在近幾年得到了快速發展，能源利用率逐年提高，風電場的設計要滿足一定目標量，提高系統的用電可靠性，因為風力發電是隨機性和波動性等特性的，所以，應當考慮發電量的穩定運行，作為從業者的我們需要不斷推進技術在應用的效果，為我國的可持續發展做出貢獻。

參考文獻

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