1 引言
風電機組選擇是諸種因素、多指標綜合優化的結果,首先需要對項目風資源進行詳盡的論證,在比較機組發電能力等技術因素的基礎上,綜合考慮機組安全可靠性、設備價格及后期運營維護成本等。風力發電工程設計過程中,在各機型上網電量基礎上進行經濟效益比選,最終選取最優機型。
2 單機類型與容量的選擇
風電機組單機容量范圍的確定,一般可根據風電機組的制造水平、技術成熟程度和價格,并結合風電場的氣象條件、風況特征、安全等級的要求,考慮現場交通運輸條件、地質構造狀況及吊裝施工條件等因素進行,擬定若干不同的單機容量方案。
2.1 風電機組類型
風電機組按風輪槳葉分類可分為定槳距型和變槳距型。定槳距型風電機組的葉片安裝好以后不能變槳,高風速時,靠葉片的失速來調節功率的輸出,額定風速較高。其主要優點有:機械結構簡單,易于制造;控制原理簡單,易于運行;故障率較低。主要缺點有:額定風速較高,風輪轉換效率較低;轉速恒定,機電轉換效率較低;葉片重量大,制造較難,不宜制造大型機組。變槳距型風電機組各葉片可以根據風速大小變距轉動,使風對葉片的攻角始終保持最佳角度,提高了風輪轉換效率。其主要的優點有:提高風能轉換效率;葉片相對簡單,重量輕,有利于制造大型機組。缺點是變槳機構較復雜,控制系統也較復雜;出現故障的可能性增加。
按風輪轉速可分為定速和變速兩大類。定速型風電機組風輪保持一定轉速運行,與恒速發電機對比,風能轉換率較低;變速型機組可分為雙速型與連續變速型,雙速型設定兩個轉速運行,改善風能轉換率;連續變速型在一段轉速范圍內連續可調,可捕捉最大風能功率,提高風能轉換率。
2.2 單機容量范圍
根據已發布的《中國風電發展報告2010》,2005 年我國風電場新安裝的兆瓦級風電機組( 1MW)僅占當年新增裝機容量的21.5%。隨著國內企業兆瓦級風電機組產量的增加,2007 年兆瓦級風電機組的裝機容量占到當年新增市場的51%,2008 年占到72.8%,2009 年占到86.8%。兆瓦級風電機組目前已經成為我國風電市場的主流產品。
受國際風電發展大型化趨勢的驅使,我國大型風電企業也開始進入風電裝備大型化的競爭,2009 年我國在多兆瓦級( 2MW)風電機組研制方面取得新的成果。目前主流的風電機組容量多為1.5MW 及2MW。這類風電機組技術成熟,對自然環境和風場風能資源適應范圍廣,整機市場占有量大,產品工藝成熟,零部件供應充足,國產化程度逐步提高,風電機組維護成本逐漸降低。
3 風電場風電機組安全等級
風電機組首先需安全可靠地運行,其次才是追求效益最大化。機組選型的第一步,應詳細分析項目現場風能資源狀況,根據以下參數確定機組的安全等級:湍流強度I15、風切變指數——用于校核機組的疲勞載荷;50 年一遇10min平均最大風速——用于校核機組的極限載荷,是安全風速。
3.1 湍流強度
湍流強度是風速的標準偏差和平均風速的比率。對風電機組性能有不利的影響,主要是減少輸出功率,還有可能引起極端荷載,最終破壞風電機組。根據《風電場風能資源評估方法》(GB/T18710-2002)中湍流強度的劃分,IT在0.1 或以下表示湍流強相對較小,中等湍流強度區IT 為0.10 ~ 0.25,更高的表示湍流強度過大,對風電機組性能有一定影響。一般計算擬安裝高度風速在15m/s 時的湍流強度。