浅谈风电机组选型

浅谈风电机组选型

袁继常

大唐泰州热电有限责任公司 江苏 泰州 225500

【摘要】风电场机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风 电场的发电效益。随着国内外风力发电设备制造技术日臻成熟，针对不 同区域风资源条件，各风机设备制造厂家已经开发出不同结构型式、不 同控制调节方式的风力发电机组可供选择。发电机组的选型在其中扮演着重要角色，它决定了全场效率的优劣，本文主要分析机组的选型问题，希望对业界风电机组的选型有所帮助，期待我国的风力发电最大化的发挥效益。

【关键词】 风电机组 选型

我国针对固有资源的开发利用已经进入成熟阶段，当下非再生资源的储量已无法满足日益进步的经济需求，人们在日常生活中对于能源的需求逐步加大，环境的问题与资源利用问题也被广大人们所关注，而随着社会的发展进步，风力发电这种可再生清洁能源被广泛利用是发展趋势，所以，我们在设计中对于风力发电机组的选型能否符合效益的生成，是否符合经济效益的提升便是我们重点关注与分析的。下面以江苏中部某现代农业产业园多能互补风电项目为例谈谈风电机组选型。

1 项目概况

1.1 项目基本信息

江苏中部某风电场位于北纬 32°20′~32°42′、东经 119°48′~120°18′，地跨长江三角洲和里下河平原。风机布置区域属于平原，场内地形较平坦，地貌主要为农田、河道及村庄为主。附近已有部分道路，场外交通较为便利。本期风电场工程规划装机容量 15MW。

风电场地理位置见图 1-1。

图 1-1 风电场地理位置示意图（省位置(左)、区位置（右））

2 风电机组型式选择

风电场机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风 电场的发电效益。随着国内外风力发电设备制造技术日臻成熟，针对不同区域风资源条件，各风机设备制造厂家已经开发出不同结构型式、不同控制调节方式的风力发电机组可供选择。因此，本报告结合项目场址的地形、交通运输情况、 风资源条件和风况特征，结合国内外商品化风电机组的制造水平、技术 成熟程度，进行本风电项目机组型式选择。

2.1 机型选择应从以下各方面进行考虑：

（1）风电机组应满足一定的安全等级要求

根据本风电场50 年一遇最大风速计算结果，本风电场安全等级初步判定为IEC III ；7425#测风塔 120m 高度 15m/s 风速段的湍流强度为 0.1010；7578#测风塔120m 高度15m/s 风速段的湍流强度0.1018，湍流强度随高度增 加基本呈下降趋势，另外，根据Meteodyn_WT64 5.3.2 软件计算结果，风 电场各风机点位 140m 高度全风向 15m，特征湍流强度最大值为 0.094， 平均值为0.090。根据IEC 标准中15m/s 风速段湍流强度要求，本风电场 工程场址区域内120m 以上高度湍流强度等级暂定为C 类及以上。

因此，本报告初步确定本风电场适宜选用安全等级为IECIIIC 类、、及以上的风电机组。建议后续收集到测风塔完整年测风数据并获得相关气象 站数据后，对场址区50 年一遇最大风速和湍流强度进行重新复核。（2）风电机组的机组性能应满足场址区特殊环境、气候等条件要求

大唐姜堰现代农业产业园多能互补项目风电子项目位于江苏省泰州 市姜堰区沈高镇。姜堰区是江苏省泰州市下辖区。地处江苏省中部，地 跨长江三角洲和里下河平原，东邻海安县，南接泰兴市，北毗兴化市东台市，西连泰州市海陵区、高港区。姜堰区属于亚热带季风气候。季 风环流气候影响显著，四季分明，冬夏较长，春秋较短。常年平均气温 14.5℃；年平均积温5365.6℃；年平均降水量991.7 毫米，年平均雨日117 天；年平均日照时数 22059 小时；无霜期 215 天。全年气候温暖，光照 充足，雨水充沛。

（3）风电机组的结构型式

按照目前风电机组主流机型结构型式发展趋势情况，本风电场采用 具有代表性的水平轴、上风向式、三叶片风力机型。

（4）风力发电机功率调节方式

风力发电机功率调节方式分定桨距失速调节和变桨距调节两类，二 者各有优缺点，从目前市场情况看，变桨距调节方式将逐渐取代失速调 节方式，是兆瓦级风力发电机发展的方向。从本风电项目场址风资源条 件分析，风力资源较一般，宜选择变速变桨风力机型。

2.2 单机容量选择

在进行单机容量选择时，首先应确定一个适合于本工程的容量范围， 然后在该范围内选择一种或几种技术成熟、市场业绩良好并且经济性较 高的机型。目前风电机组主流机型已过渡到单机容量2.0 兆瓦以上，且商 业化程度较高。因此，本风电场风机单机容量在2.2MW～3.0MW 范围内 选择几个具代表性的单机容量方案进行比较。

本风场为典型的低风速风电场，宜采用较大的转轮直径以获得更大的 捕风量，目前风电机组转轮直径大部分已过渡到115m 及以上，且商业化 程度较高。本工程风机叶轮直径在131m~141m 范围内选择几个具代表性 的方案进行比较。

（1）单机容量方案拟定

根据上述单机容量选择范围，了解国内主要风电机组生产厂家技术 引进情况，收集各机型的相关技术参数，拟定单机容量比较方案。经分 析，目前单机容量都在2.0MW 以上，且技术较为成熟。本报告单机容量 的选择拟采用单机容量在 2.2MW ～3.0MW 范围内且叶轮直径在131m-141m 范围内的 6 个代表性机型进行方案对比，并确定最终风电场风电机组的单机容量。风电场各备选机型功率曲线（标准空气密度下） 见图2.2-1，风电场各备选机型推力系数对比曲线见图2.2-2。各机型设备 特性表见表2.2-1。

图 2.2-1 WTG-1-6 机型功率曲线（标准空气密度下）

表 2.2-1 风电场各备选机型设备主要特性表

（2）单机容量方案比较

——投资及效益比较

各机型方案投资费用包括风机主机设备投资以及相关配套费用（包括塔架、箱变、道路、电缆和风机吊装等）。其中，比较方案中的设备报价通过向风机制造厂家询价得到，相关配套费用根据相关定额、场址建设条件及参考类似工程估算。利用风能资源评估专业软件 Meteodyn_WT 对江苏中部某分散式风电项目区域进行风资源模拟计算。

根据WT 软件计算得到的不同机型方案年发电量，风电场各单机容量方案综合比较见表 2.2-2。

从表中可见，WTG-2 机型方案从度电成本上看优于其他机型方案。

——各方案工程占地比较

本风电场位于泰州市姜堰区沈高镇，不同方案采用不同的单机容量方案，在风电场装机台数确定的前提下，风力发电机组的单机容量越大，工程占用土地就相对越大。为尽可能保证各机位对风资源的利用，本场址选用单机容量为2.3MW 及以上机组均比较合适。

——各方案机组尾流影响比较

在一定场址范围条件下，各机组布置方案不同，加上风机的风轮直径不一，机组间的尾流变化对风机发电量产生影响。

本次比选选用的是单机容量2.3MW 及以上的风机，风轮直径在131m-141m 之间，风机间的尾流影响差异较小，风电场平均尾流范围在0.45%至0.58%，满足风电场安全运行的需求。

——场址建设条件要求

风电场场址的建设条件包括施工安装、设备运输及风机并网条件等。本风电场场址地势较平坦。交通运输和施工安装条件也是单机选择的制约因素。单机容量2.3MW-3.0MW 机型基本上都能满足现场运输和吊装的要求。

——技术制造水平和设备国产化率要求

根据目前国内外风电机组的制造水平分析，风机制造技术已比较成熟，国内主流机型以 2.0MW 机型为主，正逐步向2.5MW-3.0MW 发展。

从目前低风速区情况来看，单机容量2.5MW 及以上的长叶片风机技术水平和运行经验正在逐步积累。

2.3 风电机组轮毂高度选择

根据初步选定机型的技术资料，该风机机型目前推荐两种轮毂高度：140m 和100m。本报告进行方案三 WTG-2 风机机型的两种不同轮毂高度比选，并最终确定风机的轮毂高度。

不同轮毂高度方案进行技术经济比较，投资费用仅比较各方案间不同的部分，包括：塔架费用和风机基础费用等。塔架费用差值根据不同高度所用材料不同来确定；风机基础费用根据塔架重量的不同导致混凝土和土方量等不同来估算。各方案发电效益根据各高度的风速资料结合选定的机组功率曲线进行计算。方案比较采用差额投资内部收益率法，基准内部收益率取8%。不同轮毂高度方案对比成果见下表2. 3。

表2.3 风电场风机组轮毂高度方案对比成果表

由表2.3 可知：WTG-2 风机机型140m 轮毂高度方案相比 100m 轮毂高度方案，其差额内部收益率远大于基准收益率8%，说明该机型140m轮毂高度方案优于100m 轮毂高度方案。

综合以上各项因素并结合业主的意见和要求，本工程推荐采用度电成本排名第一的 WTG-2风机轮毂安装高度为140m 、单机容量2.5MW 的机型方案。

参考文献

1、《中华人民共和国可再生能源法》（2006 年 1 月 1 日施行）；

2、《风电场工程规划报告编制办法》（发改办能源[2005]899 号文）；

3、《全国风能资源评价技术规定》（发改能源[2004]865 号）；

4、《风电场场址选择技术规定》（发改办能源[2005]899 号文）。