三十六湾风电场建设中的风电机组选型研究

文 | 周慧娟

三十六湾风电场建设中的风电机组选型研究

文 | 周慧娟

三十六湾风电场位于湖南省郴州市临武县北部，距临武县区直线距离约25km，场址区域以山地为主，海拔高度在900m－1550m之间，起伏较大，风电场所在区域属中亚热带季风湿润气候区，冬春季风速较大，风向以偏北风居多。三十六湾风电场程风速主要集中在2m/s－10m/s风速段，风能主要集中在11.0m/s－17.0m/s风速段，有效风速利用小时数达到了7736h，即全年的88.1%的时间可以发电。根据测风塔实测最大风速资料推算风电机组预装轮毂高度80m处50年一遇最大风速为32.7m/s。由测风资料推算风电机组轮毂高度80m 在14m/s－16m/s风速段的湍流强度为0.091。根据国际电工协会IEC61400－1（2005）标准判定该风电场属IECIII类安全等级，在风电机组选型时需选择IECIII类及以上安全等级的风电机组。本文通过分析比较单机容量、技术参数、投资估算等因素，旨在为三十六湾风电场中风电机组选型提供参考。

单机容量范围选定

在对单机容量范围进行选择时，首先应确定一个适合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好、经济性较好并且国产化率较高的机型。根据目前国内外风电机组市场的现状以及国内已建风电场的装机情况，按照单机容量的大小可以将风电机组划分为以下四个级别：

（一）600kW级机组。单机容量为600kW或750kW，叶片长度在19m－23m，机舱重量在19t－23t，适合安装在地形较复杂的风电场，考虑到电网低电压穿越功能的需要，目前该类型的风电场机组已慢慢退出，设计中一般不予考虑。

（二） 850kW级机组。单机容量在850kW－1MW之间，叶片长度在25m左右，机舱重量在27t左右。这类机组技术成熟，并有良好的运行业绩，适合场地条件较差和运输困难的中、小型风电场，在市场上仍有一定的空间和潜力，而且该级别的风电机组在我国已建、在建的风电场安装数量较多。

（三） 兆瓦级机组。单机容量在1MW－2MW之间，叶片长度在34m－39m左右，机舱重量在40t－70t左右，主要代表机组有1.5MW和2MW型风电机组。该类机组在技术上比较成熟，适合于交通运输方便的风电场，在国外风电市场所占份额较大，国内目前在建的风电场大多采用该类机组。

（四） 多兆瓦级机组。这类风电机组的部件属超长、超重件，运输和吊装难度很大，目前在发达国家有一定数量的安装，主要安装在海上风电场，尚未大规模投入商业运行。

根据三十六湾风电场经济开发场址范围，考虑风电场的地形地质和交通条件，并结合当前国内外风电机组技术、市场现状和项目的经济性，三十六湾风电场单机容量选择范围确定在1.5MW－2MW之间较为合理。

机型方案

一、机组适应性选择

三十六湾风电场高度80m的代表年平均风速为7.64m/s，平均风功率密度为505.7W/m2。再根据上文提到的风电场风速分布、最大风速和风能主要集中的风速段，确定该风电场应选择IECIII类及以上安全等级的风电机组。

从充分利用风电场风能资源和风电机组安全的统一性考虑，并通过对国内外风电机组生产厂家的调研以及根据本风电场的风能资源、地形和交通运输条件、湍流强度以及各型风电机组的成熟性等特点，再结合生产厂家的供货能力等因素，本阶段拟定参与比选的代表性机型为WTG82－1500、WTG82－1650、WTG93－2000。

二、比选机型参数

各机型特征参数见表1，各机型标准空气密度下功率曲线图和标幺值图分别见图1和图2。

表1　各比选机型主要参数比选表

图1　各比选机型功率曲线图（空气密度为1.225kg/m3）

图2　各比选机型功率曲线标幺值图（空气密度为1.225kg/m3）

机型选择

一、各机型方案上网电量计算

根据风电场布置优化结果，采用国内外广泛使用的WT软件和WindFarmer软件计算各方案的理论发电量、尾流影响和净电量。考虑空气密度、控制和湍流、叶片污染、风电机组利用率、功率曲线保证率、气候停机影响和厂用电及线损等折减修正，除尾流影响和不同机组利用率折减不同外，其它折减各方案均按相同折减系数计算。

各机型比较方案的项目年理论发电量均按各型风电机组生产厂家提供的标准状态下（ρ=1.225kg/m3）的功率和推力曲线计算。在此基础上，考虑影响风电机组电量效益的一系列折减因素后，计算得出各比较机型方案的上网电量。除尾流影响外，其它综合折减系数均按30.17%计算。各比选机型上网电量计算成果见表2。

从表2可以看出，各机型方案中年上网电量以WTG82－1500机型方案最大，为10705万千瓦时；WTG93－2000和WTG82－1650机型位列第二和第三。

表2　各比选机型上网电量计算成果表

表3　各比选机型工程投资估算成果表

二、各比选机型投资估算

根据前述各机型方案机组参数和总体布置，结合土建工程设计和施工布置，按2011年一季度价格水平，依据国家及湖南省、郴州市现行的有关规定、定额、费率标准等以及材料、设备等价格，估算各比选机型工程投资见表3。

表4　各机型比较技术经济成果表

机型推荐意见

各比选机型技术经济指标汇总见表4。

分析表4可得出：

在三个比较机型方案中，从项目发电效益来看，以WTG93－2000机型方案项目效益最大，WTG82－1500机型方案次之，WTG82－1650机型方案较差。

从工程投资来看，三个比选方案工程投资在48342万元－52477万元之间，其中以WTG93－2000机型方案投资最小，WTG82－1650机型方案次之，WTG82－1500机型方案投资最大。

从项目经济性来看，单位千瓦投资以WTG93－2000机型方案最小，为10071元/kW；WTG82－1650机型方案次之，为10465元/kW；WTGF82－1500机型方案相对较高，为10601元/kW。单位电度投资则以WTG93－2000机型方案相对最优，为4.61元/kW·h；而WTG82－1650机型方案单位电度投资则明显高于其他机型方案，为5.24元/kW·h。可见，在三个机型比选方案中，以WTG93－2000机型方案相对最优。

结论

综合分析，以WTG93－2000机型方案在经济性方面优于其它比选机型，该机型技术较为成熟，可靠性相对较高，国产化率完全达到了70%以上。因此，本阶段三十六湾风电场推荐采用24台单机容量为2MW的WTG93－2000型风电机组为代表性机型。

（作者单位：长沙电力职业技术学院）