淺談風電場發電量偏差原因
——基于實際案例分析

文/黃潤蘭 陳 瑤

0 引言

風電場年上網電量是決定項目經濟效益的重要指標，直接影響風電場的效益水平，決定了項目的投資決策。一般來說，在風電場的前期工作階段，會通過風資源評估軟件計算項目年上網電量的設計值。然而，由于各方面的原因，風電場年上網電量的設計值和投產后的實際值存在一定的偏差。分析偏差的原因，可以為后續風電場的建設及運營積累經驗。

1 影響風電場年上網電量的因素

影響風電場年上網電量的因素主要有場址的風能資源情況、風機的選型、機組的布置方案、機組的質量以及風電場運營人員的管理水平等。本文選取國內某一風電場，主要從以上幾個方面的角度分析其實際上網電量與設計值偏差的原因。

2 國內某風電場概況

某風電場位于國內中南部區域的農墾地，風電場地形較為平坦，海拔介于9～19 m，場址北部為水域，周邊開闊。風電場地區屬于中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤季風氣候帶。

該風電場設計安裝24臺單機容量為2 MW、輪轂高度為90 m，葉輪直徑為112 m的風電機組（WT2.0MW-112），總裝機容量為48 MW。在初步設計中，經評估測風代表年機位處的年平均風速為5.59 m/s，預計年上網電量為10 140萬kWh，年滿發小時為2 113 h。然而該風電場運營首年實際上網電量為8 052萬kWh，滿發小時為1 678 h，與初步設計相差了20.6%。

3 發電量偏差分析

3.1 風能資源情況

該風電場附近有一座測風塔，測風塔于一個完整測風年90 m高度的年平均風速為5.58 m/s，風功率密度為178.1 W/m2，風能主方向為東北（見圖1）。經長年代訂正后，認為該測風年為平風年。測風塔周邊開闊，代表性較好。由測風塔推算各機位輪轂高度處的年平均風速為5.59 m/s。

圖1 測風塔100 m高度風向、風能玫瑰圖

由于該風電場測風塔后續沒有測風，無法知曉運營首年該測風塔的風資源情況。可采用3Tier再分析數據作為參考，推算運營首年該測風塔的年平均風速。3Tier再分析數據于測風年的年平均風速為6.50 m/s，于風電場運營首年的年平均風速為5.97 m/s。計算其年平均風速的相對差值（見表1）。

表1 測風塔不同測風年再分析數據與實測數據對比 單位：m/s

推算運營首年為小風年，較長年水平偏小8.15%，測風塔在這一年的平均風速為5.13 m/s。

由此推斷，風電場運營首年為小風年，這是風電場發電量達不到設計值的主要原因之一。

3.2 機型選型

風電機組選型直接決定風電場的發電量以及項目在整個運行期的經濟效益。風電場的風機機型選擇需綜合考慮風電場風能資源、氣候條件、工程建設等條件，在滿足設備安全、施工可行等基本原則的基礎上，充分利用風能資源，實現效益最大化。

經極端風速分析認為該風電場風機機位輪轂高度附近的50年一遇10 min平均最大風速小于37.5 m/s。測風塔100 m～80 m間15 m/s風速段的湍流強度為0.087～0.098，7.5～15 m/s風速段的湍流強度為0.094～0.106。屬于較小湍流強度等級。風機選型需考慮環境湍流疊加風機尾流而形成的風電場有效湍流，選擇能安全承受有效湍流的風機。

該風電場安裝的24臺是WT112-2.0 MW的風力發電機組。根據本風電場風資源的評估結論，該機型滿足本風電場運行工況要求，風機選型基本合理。

3.3 機組布置方案

本風電場風能主要集中在NE向，其中NE占風能頻率約40.3%。機組布置方案如圖2所示，該風電場地形較為平坦，機組主要是垂直于主風能方向一字排開，經測算，風機平均尾流損失為6.1%。風電場的年上網電量計算已考慮了因風機尾流所造成的發電量損失。

圖2 該風電場機組布置示意圖

3.4 機組質量及運維水平

據調查，該風電場運營首年風機葉片曾進行了大范圍的修復以及部分替換，如表2所示。從表2可知，06#、15#、19#風機葉片修復時間都超過了100天，其中19#風機葉片修復時間長達269天。這將嚴重影響風機的出力，導致發電量的損失。在葉片修復期間，風機進行停機管理或降功率運行，由此所造成的各月份發電量損失如表3所示。由于風機葉片的更換和修復，損失電量高達7.87%。此外，在風機葉片修復和更換之前，風機的發電性能可能受到影響，沒有達到正常的功率曲線水平，也會造成發電量的損失。

表2 國內某風電場葉片修復及更換統計

表3 發電量損失統計表

（續表）

4 總結

風電場年上網電量與場址風能資源水平、風機選型、機組排布方案、機組質量以及風電場運營人員的管理水平等因素有關。分析國內某風電場運營首年發電量與設計電量偏差的原因，結果表明，第一，運營首年為小風年，是風電場發電量達不到設計值的主要原因之一；第二，風機大規模檢修，是風電場發電量達不到設計值的另一主要原因。

風電場的設計發電量為20年發電量的平均值，每年發電量會隨著大小風年而波動。風能資源評估需要根據測風塔當年的平均風速，進行長年代訂正，宜采取多種數據多種途徑復核長年代的訂正結果；風機選型宜選擇設備可靠性高的型號，以降低故障的發生率；風電場運營要加強管理，提高維護人員的響應速度及管理水平。