值得注意的是,多行多列布置的能量損失,和地形、地面粗糙度也有關系,所以上述數字只是給我們一個感性的認識。
一方面,考慮到風電機組的尾流影響,我們應該使風電機組間的距離越大越好;另一方面,土地使用和電網連接的限制又要求風電機組間的距離盡可能小。
根據經驗,在平行于主風向方向上,風電機組間的距離一般保持5~9倍葉輪直徑的距離;在垂直于主風向方向上,風電機組間的距離一般保持3~5倍葉輪直徑的距離。如圖3所示的排列考慮了多方面的因素,機組呈梅花型布置。
圖3風電機組梅花型布置示意圖
5.機組布置分析實例
圖4為某風電場利用WasP軟件計算的年平均風速分布圖,從圖中可以看出,風電場區域的地形條件具有一定的綜合性,包括了粗糙度較小的水域(圖的中間位置),水域東側的平地以及水域南部,西部和北部的丘陵地形。從圖中的各個機位的風能玫瑰圖可以看出,該地區的主要風能方向是西方及其偏南和偏北方向。由于水面的表面粗糙度較小,來自西風經過水面后仍有較高的能量。水域的東側陸地區域,在氣流登陸后,由于地面粗糙度增大,風速的衰減增加,風功率密度降低。水域的南側、西側和北側都是丘陵地區,特別是水域的西側丘陵區域的高地(山脊)走向與主風向垂直,氣流在流經該地區時隨著地面的抬升產生了強烈的爬坡加速效應,風速在山頂地區達到最大值,因此該山頂地區是理想的布機區域。
圖4某風電場WAsP軟件計算示意圖
三、發電量計算
1.直接測風估算法
估算風電場發電量最可靠的方法是在預計要安裝風電機組的地點建立測風塔,其塔高應達到風電機組輪轂高度,在塔頂端安裝測風儀傳感器連續測風一年。然后按照《風能資源評估方法》對測風數據驗證修正,得出代表年風速資料,再按照風電機組的功率曲線來估算其理論年發電量,計算方法為統計測風塔輪轂高度各風速段的小時數,與該風速對應的功率求積即為該風速段總的發電量,其他風速段依次類推,最后求和即為該機組理論年發電量(不含其他折減因素)。
用該種方法估算發電量時,在復雜地形情況下應每3臺風電機組安裝一套測風系統,甚至每臺風電機組位置安裝一套測風系統,地形相對簡單的場址可以適當放寬。在測風時應把風速儀安裝在塔頂,避免塔影(風吹過塔架后的尾流影響),如果風速儀安裝在塔架的側面,應該考慮盛行風向和儀器與塔架的距離,以降低塔架的影響。
2.計算機模型估算法
目前國內外用于風電場風能資源分布評估和發電量計算軟件較多,國外主要有WAsP,WindFarmer,WindPro,WindSim,Meteodyn等軟件,國內有木聯能CFD風電工程軟件等。
利用WAsP或其他軟件,按照它的格式要求輸入風電場某測風點經過驗證和訂正后的測風資料、測風點周圍的數字化地形圖、地表粗糙度及障礙物資料,就可以估算風電場中各臺風電機組的理論年發電量。這種方法的優點是要求的測風資料少,成本低,在簡單地形場址條件下結果比較可靠,是風能工作者的重要工具。
另外,還有用于計算風電場風電機組的荷載狀況的WAsPEngineering軟件可以應用。
3.上網電量估算
利用發電量計算軟件計算風電場年理論發電量、尾流損失、尾流折減后的發電量,除此之外,需要作以下幾方面修正才能估算出風電場的年上網電量。
(1)周邊風電場的影響折減
考慮目前和將來風電場對本風電場的影響,造成發電量損失。
(2)空氣密度修正
由于風功率密度與空氣密度成正比,在相同的風速條件下,空氣密度不同則風電機組出力不一樣,風電場年上網發電量估算應進行空氣密度修正。嚴格來講,進行空氣密度修正時,應要求生產廠家根據當地空氣密度提供功率曲線,然后按照這條功率曲線進行發電量估算。