探究风电建设过程中机组优化选型方法

储备，朱劲波

（国网安徽综合能源服务有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

一般情况下，风电机组优化选型可以在根本上提高风电场投资效益，积极采用神经网络模型对风电场整体投资加以估算，随后通过创建完善化的效益模型对机组展开技术方面、经济方面的对比，进而实现机组优化选型。

1 风电行业面临的问题

从整体视角来看，对于日趋发展的市场环境来看，广大人民群众和社会对风电市场提出更多需求与标准，我国各地区风机制造企业由以往的10 余家逐步增长至80 余家。众多风机制造行业的出现为风电场投资单位提供更多选择与途径。但是宏观环境的改变也导致风电投资者面临着更多严峻的挑战和亟待解决的问题。

首先，很多风机制造行业彼此间的良性竞争在根本上推动了风机制造行业的可持续发展进程，然而因差异化企业单位所具备的技术水平、技术来源和制造基础存在或多或少的差异性，导致市场范围内的风机质量参差不齐，对风机制造行业的综合发展潜力、产品类型、供应链予以深层次掌握与了解，对于风电产业投资者获取最大化经济效益起到一定的促进性作用。然而当前国内缺少科学完善的平台，对于大规模发电集团企业而言，想要全面掌握风机制造单位的各类信息与数据存在一定的难度。

其次，因当前风电发展速度日益加快，投资风电场数量也逐步增多，出质保期的项目少之又少，这便在一定程度上致使风电投资者没有对风机实际运行状况给予足够重视。但是风机的质量会对投资者的收益带来一定影响，在风电场机组运行数据库的支持下可以获取多样化风场机组选型及运行情况，对于新建风场风机选型来说可以起到不可忽视的参考性作用。

最后，越来越多的企业单位逐步融入风机制造行业当中，在根本上改变了风机供求关系，进而降低风机造价。对于风电投资者而言，获取及时性、完整性的风机价格变化趋势等相关信息，并结合实际情况开展规模化风机采购，对于在根本上减少风电投资成本等方面起到关键性作用[1]。

2 风电建设过程中的机组优化选型

现如今，各地区发电集团风电机组需要通过一系列招标审核与确定环节，招标时间安排较为紧张，无法针对不同类型的机组技术经济性展开深层次分析与探究。所以相关单位部门需要在实际招标阶段中积极采用有限时间对不同类型机组开展技术、经济等方面的对比分析，其可以对最终评标成果带来不可忽视的影响作用。在风电机组优化选型期间，通常需要将容量系数、发电量和单位千瓦扫风面积等技术经济指标作为关键优化目标，随后结合实际情况创建出与之匹配的数学模型，并安排专业化、高素质工作者对该模型加以分析，进而在原有机型当中筛选出最优。然而在具体发展情况下，上述方法均体现为以“机组与风能资源达到最优匹配”作为核心要素，并没有将风电场发展年限与寿命周期等效益最大化要素纳入考虑范围内。

2.1 基于BP 神经网络的风电场投资估算

一般情况下，在风电场建设期间，对于整体经济效益带来影响的关键因素往往涉及机组价格、装机容量、地形、集电线路长度、基础形式、永久征地费用、风机载荷等。对于装机容量而言，其主要以百万千瓦为单位；在地形方面来看，复杂性的山地区域需要取值为0.1，较为复杂的山地一般取值0.2，较为平坦的地形取值0.3，非常平坦的地形取值0.4，而沿海滩涂风电场取值0.5；集电线路的形式往往取0.1 架空线、0.2 地缆；基础弯矩载荷的单位是109N·m；永久征地费用的单位体现为千元每平方米；临时征地费用单位是千元每平方米，输出是风电场整体投资，单位体现为百亿元。风机台数需要以前台作为参考单位。对于所收集的各类工程数据和参数来看，结合上述输入、输出因素创建出完善科学的样本数据，在BP 神经网络模型的支持下创建出科学合理的投资估算模型，进而帮助相关人员对新工程、新项目实施快速投资估算。

2.2 创建效益模型

从整体视角来看，效益分析法在实践应用期间可以对项目投入与产出效益展开一系列分析对比，相关在规定时间范围内对工程项目的效益状况、费用支出情况加以分析，进一步探究分析建设项目所具备的经济性，结合项目在经济业务方面的得与失、优点与缺点展开一系列评价对比，为合理决策提供更多有效、科学的分析方法。站在工程层次上加以分析，在费用-效益理论的支持下，相关人员可以针对风电场建设与运行基本情况，将其合理划分为年发电成本与年发电收益。

（1）对于年发电成本来说，其可以有效划分为建设投资成本、风电场经营成本、财务成本。建设投资成本一般可以体现为一次性投资，并将其分布于项目起始阶段，大多数需要将折旧费纳入总成本费用范畴内，风力发电不会存在过多的燃料成本，其经营成本往往涉及人员福利工资、风电机组修理费、材料费、保险费。

（2）年发电收益往往与风电场年发电量息息相关，相关人员可以结合风电机组的功率特性曲线、风电场风速基本状况展开一系列运算分析。结合上述分析成果来看，相关工作人员可以创建出以下费用-效益模型[2]。

式中：F——风电场寿命范围内的收益净现值；Pw——风电场中的整体上网电量；p——电价；i——折现率；n——建设期与经营期时长；Ij——第j 年的建设投资数额，其往往涉及安装工程投资、设备投资、建筑工程投资总额、占地费用、价差预备费、建设阶段中的利息等；Oj——以投资年作为入手点的第j 年修理费，一般情况下，修理费是固定资产价值与修理费率之间的乘积，差异化机组生产单位的修理费率各不相同，根据厂家单位相同类型机组寿命周期范围内的平均修理费率计算，对年维修费展开一系列估算取值，因当前很多风电开发商缺少科学完善的机组维修费用统计数据和相关资料，所以相关部门单位应要求各地区厂家在投标环节中详细标注机组维修费用的相关统计数据及参数信息，针对没有清晰表明年维修费用的生产厂家而言，应根据投标最高价等标准进行计算，促使风电开发商在根本上实现机组优化选型基本目标；Rj——第j 年贷款偿还利息；Tj——第j 年的其他费用支出，其往往涵盖着材料费、工资福利、额外费用和保险费等，各部门工作人员的工资与福利费=职工年平均工资×编制定员×（1+福利系数），材料费的计算单位通常以员/kW 加以计算，保险费=固定资产价值×保险费率，保险费率一般取值为0.25%，其余费用=风电场装机容量×其他额外费用定额。

结合上述内容来看，在受到外界因素和限制条件的影响下，如果风电场规划容量完全一致，则差异化型号的风电机组，其占地面积、发电量、整体数目和投资成本各不相同，投资人员需要结合多方面因素和风电场寿命周期效益最大化予以考虑。

2.3 决策系统设计

对于新时代背景下的行业发展趋势下，相关单位需要结合国内、国外研究现状，对于风电机组优化选型方法来说，主要设计思路体现为需要以风电投资者需求作为核心导向，进一步提高风电场的整体经济效益和运行安全性，进而实现风电机组的优化选型。首先，对风电机组展开初步选择处理，以此来筛选出满足风电场建设各项需求的机组类型，其次，通过运行经济分析选择出风机运行状态良好、发电量充足的机组，并借助技术经济分析并选择出风电场适宜性、经济性比较好的机组，最后利用风电机组选型辅助决策软件系统创建出科学适宜的风机制造厂商商务、技术资料库，结合实际情况创建出科学化、全面化的风电场机组运行数据库，在根本上实现科学合理的风机价格变化趋势分析功能，科学划分相应的风场类型，与此同时完成相同类型风场机组选型查询功能。将风机制造企业资料、风电场机组运行数据、风机价格变化趋势等多样化层次全面融合至完善化的综合平台当中，进而实现对风电机组多样化、全面性信息数据的进一步对比和了解，以此来对新建风电场实现风机优化选型。

一般情况下，构建特点如下：①为了全面掌握和了解风机制造厂商全方位信息，系统可以通过对主流风机厂商的全面化调研分析，根据当前发展背景下的市场调查资料，相关人员需要全面收集风机制造厂商技术资料，创建出完善化、科学化的制造厂商数据库和风电机组数据库。②为了获取相同类型风场机组选型、运行状况，系统需要与风电投资人员、制造厂商达成长期性、良好的合作沟通，进而及时获取国内市场中正处于建设状态或投产的建设风电项目地形条件、海拔高度、风资源、使用机组型号、参数、年发电量等信息数据，创建出完善化、科学化风电场建设数据库，通过对风场类型展开一系列科学划分，促使系统呈现出相同类型风场机组协调一致的选型查询功能。③为了在根本上获取及时性、完善化的风机价格变化趋势等相关数据信息，系统可以通过对近年来风电机组招投标价格数据加以汇总分析，进而探究国内、国外主流生产单位风机千瓦造价变化规律，创建出相应的风电主机造假数据库，以此来达成风机价格走势分析等功能目标[3]。

为了在根本上加快系统实践应用，通过风电机组优化选型辅助决策软件系统的投入使用可以为实现风电机组选型提供更多优质化、高效率工作平台。结合系统的创建思路来看，其往往涉及五个功能模块，主要体现为风电机组数据库、制造厂商数据库、国内风电场建设数据库、风电主机造价数据库、同类风电场机组选型查询模块等。

2.4 优化选型

一般情况下，对于风电场年上网电量的估算来说，相关人员可以积极运用计算机模型估算法，主要涉及美迪软件、WASP 软件。在估算环节中需要结合实际情况展开多方面修正及完善，如尾流修正、空气密度修正、控制等。运用神经网络模型可以针对已经建设完毕的输入、输出数据展开一系列模拟分析和探究，进而估算和探究出项目工程的整体投资数目。针对不同类型的待选机型实施风电场全寿命周期费用-效益对比，进而明确最终的机组选型。

2.4.1 结构型式选择

对于水平轴风力发电机组来说，其是当前国内外使用频率较高的结构型式，优点体现为风轮可以有效架设于与地面相距较远的位置，在根本上减少因地面扰动对风轮动态特性带来的负面影响，此类型机组的机械部件往往聚焦于机舱当中，如齿轮箱、发电机、主轴、液压系统和调向装置等。主轴也可以细致划分为紧凑型和长轴布置型，前者主要指的是风轮与齿轮箱低速轴有效衔接，齿轮箱高速轴输出端可以在弹性联轴节与发电机的支持下相互连接。后者指的是风轮通过机舱主框架主轴与齿轮箱的低速轴相互衔接，在此情况下主轴体现为单独化轴承支撑，该结构优点是减少齿轮箱低速轴所受到的复杂力矩，减少成本费用。

2.4.2 单机容量选择

对于风力发电场单机容量选择，与场址建设条件存在不可忽视的关联性，地形地质条件、道路运输、风机吊装等关键因素与风机单机容量大小，在风电场地形平坦、安装条件允许和交通条件便捷性较高的情况下，相关单位可以筛选出较大的单机容量，有利于全面运用风电场土地资源和风力资源，进而提高项目经济性。对于地形条件较为复杂的项目而言，需要在借助现有交通运输条件的情况下不断增加建设成本，根据风电机组市场发展趋势并结合多方面因素筛选出科学适宜的单机容量[4]。

2.4.3 功率调节技术选择

从整体目光来看，风力发电机组需要创建出科学完善的控制系统对功率、转速加以约束和限制，进而促使风力发电机组在超出荷载的情况下受到足够保护。在风力发电机组容量不断增加的情况下，安全系统所消耗的成本量也会随之提升，只有在众多保护功能下方可呈现出良好的电能输出状态，比如规避功率波动等情况。当风速达到一定数值期间，风力发电机组达到额定功率，自然风的速度改变往往会超出此风速标准，风力发电机组制造单位往往会对发电机施加过载能力，控制系通过允许发电机在短时间内出现过载现象，但不可长时间过载[5]。

3 结语

综上所述，从整体目光加以分析，风电机组与风电场的经济效益、运行安全性息息相关，因此筛选出与风电场风况相符合的风电机组是风电场建设项目中至关重要的部分。