《風(fēng)電機(jī)組選型與布置.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《風(fēng)電機(jī)組選型與布置.ppt（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、風(fēng)電場建設(shè)之風(fēng)力機(jī)組選型與布置,,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.1 風(fēng)能資源分析 通過對測風(fēng)塔的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出代表年50m80m高度的年平均風(fēng)速、風(fēng)功率密度。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法（GB-T18710-2002）可以判斷風(fēng)功率密度等級，一般來說，風(fēng)功率密度達(dá)到3級以上，風(fēng)電場才有開發(fā)價值。 各測風(fēng)塔的風(fēng)能主要集中某幾個扇區(qū)，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，才有利于風(fēng)能資源的有效利用。 根據(jù)風(fēng)電場6585m輪轂高度處50年一遇最大風(fēng)速，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)輪轂高度處15m/s風(fēng)速區(qū)間的湍流強(qiáng)度，判定風(fēng)電場工程可以選擇的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類別。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.2 機(jī)型范圍初選 1、滿足場址的氣候條件。在
2、GB 18451.12001 idt IEC 61400-1：1999風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 安全要求中，根據(jù)輪轂高度的年平均風(fēng)速、50年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速 、湍流強(qiáng)度等將風(fēng)電機(jī)組分為4個等級，同時還有一個特殊設(shè)計的S級。應(yīng)根據(jù)場址的風(fēng)況選擇安全等級的級別。此外還應(yīng)根據(jù)氣溫范圍確定選用標(biāo)準(zhǔn)型或低溫型機(jī)組。沿海和海島地區(qū)，需注意是否對防腐和絕緣性能提出特殊要求。,風(fēng)力機(jī)等級的基本參數(shù),1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.2 機(jī)型范圍初選 國內(nèi)外風(fēng)電場工程的經(jīng)驗表明，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對于一個已知場區(qū)的風(fēng)電場，單機(jī)容量選擇在某個確定的范圍內(nèi)，項目的經(jīng)濟(jì)性會相對較高。在進(jìn)行單機(jī)容量選擇時，首先應(yīng)確定一個適
3、合于本項目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術(shù)成熟、市場業(yè)績良好并且經(jīng)濟(jì)性較高的機(jī)型。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.2 機(jī)型范圍初選 風(fēng)電機(jī)組選型要考慮的幾個因素 一、風(fēng)輪輸出功率控制方式 風(fēng)輪輸出功率控制方式分為失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。兩種控制方式各有利弊，各自適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行要求。變速變槳距機(jī)型比定速定槳距機(jī)型更具優(yōu)越性，它不僅能在低風(fēng)速時能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；也能在高風(fēng)速時根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，儲存或釋放部分能量，提高傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。從目前市場情況看，采用變槳距調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機(jī)組居多。 二、風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式 風(fēng)電機(jī)組
4、的運(yùn)行方式分為變速運(yùn)行與恒速運(yùn)行。恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組的好處是控制簡單，可靠性好。缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常變化，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常工作在風(fēng)能利用系數(shù)(Cp)較低的點(diǎn)上，風(fēng)能得不到充分利用。 變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋異步發(fā)電機(jī)或多極永磁同步發(fā)電機(jī)。變速運(yùn)行方式通過控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比接近最佳，從而最大限度的利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.2 機(jī)型范圍初選 風(fēng)電機(jī)組選型要考慮的幾個因素 三、發(fā)電機(jī)的類型 發(fā)電機(jī)的類型包括異步發(fā)電機(jī)、雙饋感應(yīng)型發(fā)電機(jī)和多極永磁同步電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用普通的異步發(fā)電機(jī)，正常運(yùn)行中在發(fā)出有功功
5、率的同時，需要從電力系統(tǒng)吸收一定的無功功率才能正常運(yùn)行(機(jī)端的電容補(bǔ)償只能減少從電力系統(tǒng)吸收無功功率的數(shù)量)，雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)(COS)可以在+0.95-0.95之間變化，也就是說可以根據(jù)電網(wǎng)的需要發(fā)出或者吸收無功功率，改善當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。 四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動方式 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動方式包括齒輪傳動方式與無齒輪箱直驅(qū)方式。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用齒輪傳動，成本較低，但是降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率、產(chǎn)生噪音，是造成機(jī)械故障的主要原因，而且為了減少機(jī)械磨損需要潤滑清洗等定期維護(hù)。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式有效地提高了系統(tǒng)的效率以及運(yùn)行可靠性，但同時也提高了電機(jī)的設(shè)計
6、成本。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.2 機(jī)型范圍初選 根據(jù)風(fēng)電場址的地形、地質(zhì)特點(diǎn)、風(fēng)資源分布情況，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)成熟、先進(jìn)、可靠等要求，選擇多種適合的機(jī)型，按單一機(jī)型方案進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化布置。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.3 風(fēng)電機(jī)組總體布置 布置機(jī)位時需要考慮地形地貌、主導(dǎo)風(fēng)向與主導(dǎo)風(fēng)能方向、地面障礙物等影響因素。具體布置時因地制宜，根據(jù)風(fēng)電場地形條件、建設(shè)規(guī)模、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的型號及裝機(jī)的臺數(shù)進(jìn)行優(yōu)化布置，實現(xiàn)在有限的場區(qū)范圍內(nèi)達(dá)到最大的上網(wǎng)發(fā)電量和最低成本的目標(biāo)。 在軟件優(yōu)化的基礎(chǔ)上手工調(diào)整風(fēng)機(jī)位置，調(diào)整風(fēng)機(jī)與防護(hù)林、村莊、線纜等地物之間的距離，考慮風(fēng)機(jī)的相對集中布置
7、，同時將尾流效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，以充分利用土地資源與風(fēng)資源，減少集電線路長度，方便運(yùn)輸安裝。,1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型,1.1.4 輪轂高度優(yōu)化 計算各機(jī)型不同輪轂安裝高度下的發(fā)電量，隨著輪轂高度增加，發(fā)電量增加的同時風(fēng)機(jī)與塔架的運(yùn)輸與安裝難度增大，塔筒與基礎(chǔ)加固引起的基本投資增加。結(jié)合各風(fēng)機(jī)廠家現(xiàn)在的生產(chǎn)情況、技術(shù)成熟程度和裝機(jī)運(yùn)行安全可靠性等因素對不同機(jī)型不同輪轂高度的發(fā)電量與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，推薦比選的幾種機(jī)型的輪轂安裝高度 。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.1 年理論發(fā)電量及單機(jī)尾流的計算 根據(jù)各機(jī)型單一機(jī)組的布置方案，利用軟件，計算各種風(fēng)機(jī)的年凈發(fā)電量（尾流折減后），并計算風(fēng)力
8、發(fā)電機(jī)組的尾流損失。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù) 由于風(fēng)功率密度與空氣密度成正比，在相同的風(fēng)速條件下，空氣密度不同則風(fēng)電機(jī)組出力不一樣，風(fēng)電場年上網(wǎng)電量估算應(yīng)進(jìn)行空氣密度修正。因此需要對軟件在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度條件下計算得到的發(fā)電量進(jìn)行修正。原理上可根據(jù)風(fēng)功率密度與空氣密度成正比的特點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)空氣密度對應(yīng)下的功率曲線估算的結(jié)果乘以空氣密度修正系數(shù)進(jìn)行空氣密度修正。當(dāng)實測空氣密度偏離標(biāo)準(zhǔn)空氣密度較大時，按正比關(guān)系進(jìn)行修正的誤差較大。 根據(jù)風(fēng)電場具體風(fēng)資源情況，結(jié)合各機(jī)型的功率曲線，計算不同機(jī)型在對應(yīng)輪轂高度處能達(dá)到額定功率前的理論發(fā)電量所占比例，僅對風(fēng)機(jī)滿發(fā)前的發(fā)電量按照空
9、氣密度正比關(guān)系修正進(jìn)行折減。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),由于場址的空氣密度一般不等于標(biāo)準(zhǔn)空氣密度1.225kg/m3,所以要作空氣密度修正。,（1）優(yōu)先采用下式計算。,累年平均空氣密度，kg/m3； P累年平均氣壓，hPa； e累年平均水汽壓，hPa； t累年平均氣溫為，。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),（2）無法得到水汽壓時采用下式計算。 P 年平均大氣壓力，Pa； R 氣體常數(shù)（287 J/kgK）； T 年平均空氣開氏溫標(biāo)絕對溫度（ + 273）。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.2 空氣密度修正系數(shù),（3）再無法得到大氣壓
10、力時采用下式計算。 =（353.05/T）exp -0.034(z/T) （kg/m3） z 風(fēng)場的海拔高度，m； T 年平均空氣開氏溫標(biāo)絕對溫度（ + 273）。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.3 控制和湍流折減 風(fēng)電機(jī)組隨風(fēng)速風(fēng)向的變化不斷調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，實際運(yùn)行中機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，使風(fēng)機(jī)的輸出功率減小。根據(jù)風(fēng)電場湍流強(qiáng)度值大小情況，對控制和湍流折減系數(shù)取值，控制和湍流系數(shù)一般取97%左右。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.4 葉片污染折減 葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動性能下降。根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)沙、降雨量大小、夏季昆蟲多少、冬季葉片結(jié)冰等情況，判斷可能造成的
11、葉片污染程度，對葉片污染折減系數(shù)取值，一般污染系數(shù)取97%左右。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.5 風(fēng)電機(jī)組利用率 風(fēng)力機(jī)維護(hù)的好壞直接影響到發(fā)電量的多少和經(jīng)濟(jì)效益的高低；風(fēng)力機(jī)本身性能的好壞，也要通過維護(hù)檢修來保持，維護(hù)工作及時有效可以發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少故障發(fā)生機(jī)率，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。風(fēng)機(jī)維護(hù)可分為定期檢修和日常排故維護(hù)兩種方式?？紤]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障、檢修對發(fā)電效率的影響，將常規(guī)檢修安排在小風(fēng)月，根據(jù)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造水平和已建風(fēng)電場的運(yùn)行經(jīng)驗，一般風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率為95%。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.6 功率曲線折減 考慮到風(fēng)電機(jī)組廠家對功率曲線的保證率一般為9
12、5%，在計算發(fā)電量時應(yīng)予以考慮，因此取風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率95%。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.7 場用電、線損等能量損耗 根據(jù)風(fēng)電場地形復(fù)雜程度，地勢起伏情況，集電線路能量損耗大小。估算場用電和輸電線路、機(jī)組變電站損耗占總發(fā)電量的百分比，一般能量損耗系數(shù)為95%左右。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.8 氣候影響停機(jī) 根據(jù)風(fēng)電場區(qū)域冬季低溫氣溫天數(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組適應(yīng)的溫度范圍等情況，當(dāng)風(fēng)場的氣溫超出它的適應(yīng)范圍，風(fēng)機(jī)將不再發(fā)電。低溫環(huán)境下，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率有所下降，且風(fēng)機(jī)停機(jī)再啟動需要溫度回升區(qū)間。另外當(dāng)氣溫下降到-10時風(fēng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)也將會受到影響，0以下葉片表面結(jié)冰也會影響風(fēng)機(jī)翼
13、型的氣動性能，使發(fā)電量降低。一般北方寒冷地區(qū)風(fēng)電場低溫氣候影響折減按95%左右考慮。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.9 總折減系數(shù) 根據(jù)上述各項折減系數(shù)，計算出不同機(jī)型對應(yīng)的總折減系數(shù)。,1.2不同機(jī)型發(fā)電量估算,1.2.10 年上網(wǎng)電量測算 根據(jù)風(fēng)電場各種機(jī)型風(fēng)機(jī)年理論發(fā)電量扣除上述發(fā)電量損失，即得出年上網(wǎng)發(fā)電量 ，從發(fā)電量指標(biāo)角度，對各種機(jī)型進(jìn)行比較。,1.3不同機(jī)型綜合經(jīng)濟(jì)比較,評價一種機(jī)型的優(yōu)劣，不能僅從發(fā)電量和等效利用小時來考慮，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來評價。除發(fā)電量外，風(fēng)電機(jī)組的價格、塔架、底座、箱變、電纜、公路以及變電站等也都是影響機(jī)型方案選擇的重要因素。對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行綜合指標(biāo)比較，
14、以最終確定風(fēng)電場機(jī)組選型。,1.4機(jī)型選擇推薦意見,確定風(fēng)電項目機(jī)型最終推薦意見，主要考慮三個因素：一是所推薦機(jī)型方案的發(fā)電量指標(biāo)優(yōu)越；二是該方案投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，抗風(fēng)險能力強(qiáng)；三是該方案上網(wǎng)電價低，即考慮綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越的機(jī)型方案。 根據(jù)風(fēng)機(jī)在發(fā)電量、機(jī)組投資、上網(wǎng)電價等各項綜合指標(biāo)上的明顯的優(yōu)勢，推薦一種風(fēng)機(jī)作為選擇方案，以此作為進(jìn)一步工程設(shè)計的依據(jù)。,1.5風(fēng)電機(jī)組布置推薦方案,對優(yōu)選的機(jī)型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化布置，考慮整體規(guī)劃的影響，以獲得較大發(fā)電量和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益為原則，既要保證風(fēng)機(jī)間距以減小尾流損失又要考慮風(fēng)機(jī)的相對集中布置以減少集電線路及道路的投資；不僅考慮每個機(jī)位最優(yōu)，而且考慮各風(fēng)
15、機(jī)之間的相互影響與風(fēng)機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行的安全性，從而保證整個風(fēng)電場的發(fā)電量最大，效益最好。,,,,問題一,為什么要進(jìn)行合理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布？,風(fēng)電場風(fēng)資源評估結(jié)果及初步選定的風(fēng)機(jī)型號？,,,問題二,,2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置,,,,一,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置的指導(dǎo)原則,,,,二,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案的確定,重點(diǎn)難點(diǎn),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置,,風(fēng)電機(jī)組布置基本原則,,,,,,,風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則,,,,,,1.當(dāng)盛行主風(fēng)向為一個方向或兩個方向且相互為反方向時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排列一般為矩陣式分布。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群排列方向與盛行方向垂直，前后兩排錯位。,,主風(fēng)向,,主風(fēng)向,,,風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則,,,,,,2.當(dāng)場地
16、存在多個盛行方向時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組排布一般采用“田”或圓形分布。,,,,,,,,風(fēng)電機(jī)組布置指導(dǎo)原則,,,,,,3.風(fēng)電場布置風(fēng)電機(jī)組時，在行距（盛行風(fēng)向）上要求機(jī)組間相隔5-9倍風(fēng)輪直徑，在列距（垂直于盛行風(fēng)向）上要求機(jī)組間相隔3-5風(fēng)輪直徑。,梅花型布置圖,,主風(fēng)向,,,,,,5D-9D,3D-5D,,,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尾流效應(yīng),,,,,,風(fēng)經(jīng)過風(fēng)電機(jī)組后將部分 動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械 能再轉(zhuǎn)化為電能，從而使 風(fēng)速降低，對后面的風(fēng)電 機(jī)組發(fā)電量產(chǎn)生影響，即 尾流效應(yīng)。按基本原則布 置風(fēng)機(jī)時，風(fēng)電場尾流影 響使發(fā)電量減少約5%左右。,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案,案例：瓜州某風(fēng)電場，根據(jù)風(fēng)測量數(shù)據(jù)由W
17、AsP9.0生成的風(fēng)圖譜如下，初選機(jī)型為某公司SL1500風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量為49.5MW，試確定風(fēng)機(jī)的排布方案。,,,,,,,,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案,,,,,,,,初選機(jī)型的主要技術(shù)參數(shù)： 機(jī) 型：變槳距、上風(fēng)向、三葉片 額定功率：1500kW 風(fēng)輪直徑：77m 輪轂中心高：65m 切入風(fēng)速：3.0m/s 額定風(fēng)速：11.5m/s 切出風(fēng)速：20m/s 最大抗風(fēng)：52.5m/s 控制系統(tǒng)：計算機(jī)控制，可遠(yuǎn)程監(jiān)控 工作壽命：20年,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案,確定布置方案： 由風(fēng)圖譜結(jié)果看出，該風(fēng)場常年風(fēng)向和主風(fēng)能方向為W和WNW。初選機(jī)型為某公司SL1500風(fēng)機(jī)，分別按4D（南北間距）x8D（東
18、西間距）、 4D（南北間距）x9D（東西間距）、 4D（南北間距）x10D（東西間距）、 5D（南北間距）x8D（東西間距）、 5D（南北間距）x9D（東西間距）、 5D（南北間距）x10D（東西間距）布置進(jìn)行比較。尾流影響比較如下表5.4,,,,,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案,,,,,,,布置方案尾流影響比較表,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置方案,,,,,,從布置方案比較表可以看出，增大風(fēng)機(jī)南北間距比增大東西間距發(fā)電量增加的多，且風(fēng)機(jī)間距增大到一定程度后間距增大發(fā)電量增加緩慢。從表中可看出，各布置方案中5Dx9D布置方案較優(yōu)，故采用東西間距9D，南北間距5D布置。,,各種機(jī)型的布置方案：,,,,,,,,,,,,,,2000KW,,推薦機(jī)型的布置方案：,,,,,,,,,,,,,,1500kW,,,,690,,,,380,,,,作業(yè),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置的基本指導(dǎo)原則是什么？,,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置,,,,思考,如何合理的進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置,,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置,
風(fēng)電機(jī)組選型與布置.ppt
