低风速风电场开发的技术支持及实际应用

李 斌，侯英俊

(辽宁大唐国际新能源有限公司，辽宁 沈阳 110001)

低风速风电场开发的技术支持及实际应用

李 斌，侯英俊

(辽宁大唐国际新能源有限公司，辽宁 沈阳 110001)

通过一座典型96 MW低风速风电场实际运行数据分析，探讨提高低风速风电场发电能力的可行性,制定针对性开发方案,优化机组排列方式，提高经济效益,重视前期开发中主机选型及机组布置，提升风资源较差风电场的风能利用率，深化微观选址技术在低风速风电场中的应用。

低风速；尾流；风电场；微观选址；影响因素；利用小时数

Abstract: Through the analysis of the actual operation data of a typical 96 MW low wind speed, it discusses low wind speed wind farm feasibility of improving power generation capacity.It develops targeted development plan and optimizes the arrangement of unit to improve economic efficiency.It pays attention to the early development of host selection and improves the wind resource poor of wind energy utilization in order to deepen the application of micro-location selection technology in low wind speed.

Keywords：low wind speed; wake; wind farm; micro-location selection; influencing factors; utilization hours

低风速风电场的微观选址技术主要通过建立风场模型确定每台风机位置及风场阵列的排布方式。在风资源条件较差的地区，要求充分了解场区的地貌和风况特征，选择最为适合的风力发电机组进行逐台移位对比，通过部分采取增大叶轮和提高塔筒高度的物理方式，研究大叶片带来的叶片柔性、叶尖高速等影响，保持风机长时间运转在低风速状态下[1-3]。本文重点调研实测投产风电场运行数据，以实际产能数据为例，分析微观选址技术在低风速风电场应用中的价值和意义，制定针对性技术方案，为后续项目开发增加经济效益，同时注重风机排布方式，尽量减少尾流等因素影响。

1 法库某96 MW风电场资源情况概述

某风电场始建于2012年,容量96 MW,分2期项目建设，风电场中心场址坐标为东经123°20′14″,北纬42°19′55″,场区面积约27.98 km2，海拔在102～178 m。风电场代表年测风塔70 m年平均风速为6.10 m/s，风功率密度为301 W/m2，推算至80 m轮毂高度处风速为6.21 m/s，风功率密度为329 W/m2,风能主要集中在SSW和SW区间，占总风能的48.5%。70 m高度50年一遇最大风速取35.4 m/s，极大风速取50.1 m/s。65 m高度Weibull特征参数：A=7.4，K=2.40，属于2级风电场。该项目1期采用80 m塔筒，93 m直径叶片的某风机厂家2 000 MW机型，综合折减系数为31.9%，目前1期风场已投产，年发电量约为12 228万kWh，等效利用小时数约为2 548 h；2期采用85 m塔筒，104 m直径叶片的某风机厂家2 000 MW机型，综合折减系数为32.4%，2期项目工程建设正在吊装期。

2 低风速风电场微观选址技术方案应用实例分析

在低风速地区进行的风资源开发应特别注重风能资源的利用情况，而低风速需要更大的截取面积，转换设备功率的增大也会增加风电场的建设成本，注重低风速时段风电场出力的变化和风功率曲线与设计值的一致性。能否准确评估机组的设计参数和风资源情况对低风速风电场开发意义重大，影响低风速风电场发电能力的主要因素主要有：风能资源利用情况；风机微观机位是否能够保证风场处于低风速长时间运行发电状态；风电机组尾流影响；设备招标机型；工程建设情况对于微观选址机位的限制情况；前期测风阶段测风塔对于整个风电场区域的代表性等。实际建设中风电机组机位还应考虑机组风况、海拔、轮毂高度处的湍流强度、入流角、主风向、周围障碍物、地表粗糙度尾流影响等因素。该风电场微观选址风机布置方案如图1所示。

图1 风电场微观选址风机布置方案

以法库某风场实际建设为例，该项目设计初期充分考虑微观选址对风电场产能影响的重要性，对风资源情况、机组优化设计、主机选型、建设限制条件等情况了解透彻，综合工程整体工程建设选用同塔双回集电线路，大大降低工程费用。风电场单一从尾流相互影响的因素分析，风机平均尾流削减系数4.23%，系数较小，微观选址技术的深入应用，对风机布置的每一点位反复推敲，选定后可建设范围内不断微调，保证所选机组位置使整个风场发电效益最佳，避免个别风机设置在两山中间，造成山顶、山脊的优良资源闲置。各机组发电情况见表1、表2。

表1 1期风电场机组发电情况

续表

表2 2期风电场机组发电情况

表3 1期风电场历年发电情况

参考风电并网运行技术[4-5]、规程及项目运行数据，该风电场风机布置方案均依照整体风场发电能力最高情况下的单台风机，针对每台风机的点位选取定制化方案，确保年平均风速6.21 m/s的风电场1期投产后的年平均利用小时数为2 548 h，属于法库区域内发电能力最高的风电项目。若该项目2期投产，效益可观，2期凭借1期投产的升压站和同塔双回线路，降低工程造价，同时该项目2期主机塔筒高度和叶轮直径都得到进一步拓展，根据该区域的风资源情况，增大叶片可有效提高发电量。为保证长期收益，不能只从本质上改变个别海拔较低区域风机产能低的状态，未能达到新叶片重组后的功率曲线稳定区间,实际设计中还应采用低实度、高叶尖速比的设计方案，使用成熟翼型及主机型号还需配合风机点位调整最优方案，增大风能转换能力,更好地满足低海拔区域风机功率最佳发电区间，提升项目盈利空间。1期风机历年发电量统计情况见表3。

通过投产风机历年发电情况对比，各风机的累计发电量与微观选址时测算整体趋势相近，由于实际投产项目电量统计考虑到辽宁电网接纳问题[6]，加之设备运行中的故障维护、检修等电量损失因素。同时进行3个连续年同期数据比较分析，直驱机组在低风速区域项目中的优势明显，在法库同等项目中年利用小时数排名前列，微观选址技术在低风速风电场开发的应用显著提升了风电场产能效益。

3 加强低风速风电场开发的建议

微观选址技术在低风速风电场开发的应用可以有效降低工程造价，减小施工难度，有效提升整体收益。在低风速风电场工程开发过程中应该注重轮毂高度、叶轮直径、传动结构、叶片材质及主机类型等外在设备因素，更要注重微观选址技术在低风速开发中的深入应用，充分考虑风电场自然环境、地理限制因素、风机尾流扰动、湍流强度、负切变及风机排列布置方式等，采用适用于本区域风资源特征的先进技术成熟机型，调整发电能力低的风机位置，确保全风场发电能力最佳，实时收集最新风资源数据，为后续风电场项目建设提供精准数据支持，后续风电场建设还应充分考虑已建项目，避免投产项目发电能力降低。

[1] 张 宇,张 华,欧海庆.SRTM数据在山地风电场风资源评估中的应用[J].中国电力,2015,60(3):122-126.

[2] 吕雪芹,余 志,邓院昌.基于特征点修正的SRTM数据在风能资源微观评估中的应用[J].测绘科学,2008,33(4):161-162.

[3] 郭 辰.风电场平均风速变化对利用小时数的影响研究[J].风能，2012,2(7):50-59.

[4] 张忠林,冯松起,马宏伟.浅析辽宁地区风电对电网调度的影响[J].东北电力技术,2009,30(4):4-7.

[5] 贾书杰,徐建源,朱 钰.风电场的功率波动对电网电压稳定性影响研究[J].东北电力技术,2013,34(2):15-18.

[6] 张明理,李青春,张 楠.基于多目标经济调峰模型的区域电网风电接纳能力评估方法研究[J].东北电力技术,2011,32(9):23-26.

Technical Support and Practical Application for the Development of Low Wind Speed Wind Farm

LI Bin,HOU Yingjun

(Liaoning Datang International Renewable Power Limited Company,Shenyang,Liaoning 110001, China)

TM614

A

1004-7913(2017)07-0022-03

2017-04-24)

李 斌(1988)，男，学士，工程师，主要从事风电场微观选址及电力设计工作。