01風力發(fā)電機組方案設(shè)計

風力發(fā)電機組是一種利用風能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。由風輪、發(fā)電機、塔架和控制系統(tǒng)等部分組成。在設(shè)計風力發(fā)電機組方案時，需要考慮以下幾個方面：風資源評估、電力需求、風輪選擇、塔架設(shè)計、發(fā)電機選擇和控制系統(tǒng)設(shè)計。

1、風資源評估

進行風資源評估是設(shè)計風力發(fā)電機組的第一步。通過選擇合適的測風點，并收集風速和風向數(shù)據(jù)，對風能資源進行評估，以確定是否適宜建設(shè)風力發(fā)電機組。

2、電力需求

根據(jù)實際需求和預(yù)測負荷，確定所需的風力發(fā)電機組容量。容量的選擇應(yīng)該在滿足電力需求的前提下，盡量避免過度建設(shè)。同時，還需要考慮系統(tǒng)的可靠性和各用容量，以應(yīng)對突發(fā)負荷增加和設(shè)備故障等情況。

3、風輪選擇

風輪的設(shè)計和選擇是風力發(fā)電機組方案設(shè)計的核心。常見的風輪類型有水平軸和垂直軸兩種。水平軸風輪通常是三葉片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動方向與風向垂直；垂直軸風輪則可以是多葉片或直翼葉片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動方向與風問平行。根據(jù)風能資源評估結(jié)果，選擇適應(yīng)當?shù)仫L速和風向的風輪類型和直徑。

（資料圖：中船海裝）

4、塔架設(shè)計

塔架的高度會影響到風輪的受力和發(fā)電效率。一般情況下，塔架的高度應(yīng)該使風輪轉(zhuǎn)動區(qū)域能夠達到更高風速的區(qū)域，但同時也要考慮成本和可行性。適當?shù)乃芨叨饶軌蛱岣甙l(fā)電效率，減小受地面摩擦影響，但過高的架會增加制造和安裝成本。

5、發(fā)電機選擇

發(fā)電機通常是由風輪帶動的，并將機械能轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)風力發(fā)電機組的容量和設(shè)計要求，選擇合適的發(fā)電機類型和額定功率。常見的發(fā)電機類型有同步發(fā)電機和異步發(fā)電機。同步發(fā)電機適用于大型風力發(fā)電機組，而異步發(fā)電機適用于小型和中型風力發(fā)電機組。

6、控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)對于風力發(fā)電機組的運行和性能至關(guān)重要。控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠監(jiān)測風速、風向和電力需求等參數(shù)，并通過調(diào)整轉(zhuǎn)速和葉片角度等參數(shù)來實現(xiàn)最佳發(fā)電效果。同時，控制系統(tǒng)還需要具備故障檢測和保護功能，以保證設(shè)備的安全運行。

02風力發(fā)電機組的設(shè)計類型等級

風電機組的設(shè)計類型等級由參考風速、平均風速和湍流強度等參數(shù)來規(guī)定，不同的參數(shù)確定了不同的類型等級。不同的風電場符合不同的類型等級，項目配置就需要選擇對應(yīng)類型等級的風電機組，以確保風機的安全運行。

風機設(shè)計可以針對標準類型等級或現(xiàn)場特定條件進行，下表列出了風機不同類型等級的基本參數(shù)：

Vref: 參考風速

Vave: 平均風速

A,B: 湍流等級

I15: 15米/秒時的湍流強度

a: 斜率參數(shù)

03影響風電機組設(shè)計的條件

1、風速

進行風電機組設(shè)計首要考慮的環(huán)境因素就是風速數(shù)據(jù)，根據(jù)風速特征數(shù)據(jù)來確定風機類型等級。

2、尾流影響

風電場的風電機組布置應(yīng)考慮到風電機組之間尾流的影響，風電機組之間的距離至少保證3倍的葉輪直徑，在主風向上，風電機組間的距離應(yīng)更大一些。氣流在經(jīng)過風電機組葉片時能量會減小，實際上，風電機組的葉片對風速有阻擋作用，在風電機組的下風向會產(chǎn)生類似輪船尾流的效果，該區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生較大的湍流，同時風速也會降低。

3、工作溫度和海拔

工作溫度和海拔會影響目標地區(qū)的空氣密度，空氣密度的大小會影響載荷計算和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，工作溫度和海拔數(shù)據(jù)的獲得比較容易確定，可以從一個或多個目標市場的風資源數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)中確定。

（資料圖：遠景能源）

4、生存溫度

生存溫度是機組不會損壞的極限溫度范圍，極限溫度影響機組上各部件材料的剛度，確定機組的生存溫度，工程師才能根據(jù)這個溫度參數(shù)進行各種結(jié)構(gòu)的剛度計算分析，確定材料的溫度適應(yīng)性能。生存溫度一般從當?shù)氐亩嗄隁庀髷?shù)據(jù)統(tǒng)計中取得。

5、沙塵暴

目標市場是否存在沙塵天氣，會影響風電機組冷卻系統(tǒng)和過濾器的設(shè)計，在有沙塵暴天氣的地區(qū)，風機需要考慮防沙塵設(shè)計，零部件需要設(shè)計相應(yīng)的沙塵過濾裝置，來保護機電部件免受沙塵的危害。

6、閃電

當風機遇到閃電時，若沒有設(shè)計防雷保護系統(tǒng)或防雷保護系統(tǒng)的雷電保護等級不足，風機可能會因閃電造成葉片或機組內(nèi)部原件損壞，甚至引起火災(zāi)而造成重大損失。一般風機會按照較高等級的防雷標準進行防雷保護系統(tǒng)的設(shè)計。

7、地震

風電場所在地區(qū)的地震歷史數(shù)據(jù)影響機組塔筒和基礎(chǔ)的設(shè)計，確定了地震數(shù)據(jù)等級，才能設(shè)計滿足該等級的塔筒和基礎(chǔ)，避免設(shè)計安全系數(shù)過大成本過高，或安全系數(shù)低于目標風場而引起安全問題。

8、設(shè)備腐蝕

風電項目建設(shè)對于特定的地區(qū)，其環(huán)境對設(shè)備的腐蝕程度各有不同，風機的設(shè)計壽命一般是20年或25年，如何確保風機能夠在這么長的工作壽命期內(nèi)不因環(huán)境腐蝕而損壞。就需要根據(jù)實際的環(huán)境設(shè)計對應(yīng)防腐要求的部件，保護風電設(shè)備免受腐蝕的影響。

（資料圖：象山蒼南海上風電場）

9、地形條件

滿足風電機組的運輸條件和安裝條件。在平坦地形條件下，滿足這一原則是很容易的的。在山區(qū)，滿足這一原則經(jīng)常有難度。要根據(jù)所選機型需要的運輸機械和安裝機械的要求，機位附近要有足夠的場地能夠作業(yè)和擺放葉片、塔筒，道路有足夠的坡度、寬度和轉(zhuǎn)彎半徑使運輸機械能到達所選機位。

10、視覺美觀

視覺上要盡量美觀。在與主風能方向平行的方向成列，垂直的方向上成行。行間平行，列距相同。行距大于列距發(fā)電量較高，但等距布置在視覺上較好。追求視覺上的美觀，會損失一定的發(fā)電量，因此在經(jīng)濟效益和美觀上，也要有一定的平衡。

11、客觀條件限制

(1) 風電機組與村莊的距離一般要求500m以上，特殊情況至少300m。

(2) 風電機組離110kV及以上電壓等級線路150m以上。

(3) 風電機組要避開基本農(nóng)田、礦產(chǎn)、文物、軍事用地、自然保護區(qū)以及其他環(huán)境敏感區(qū)域。

04風力發(fā)電機組認證要求 

我國風電行業(yè)已建立起相對比較完善的風電整機裝備及部件認證體系，風電機組整機裝備及部件的認證逐步成為保證風電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要管理手段和方法。目前， 風電領(lǐng)域的認證范圍包括 ：

一、設(shè)計認證

通過設(shè)計評估、場地試車（安全及功能試驗）和生產(chǎn)質(zhì)量控制審核等，對新型號的風電機組與標準/規(guī)范的符合性進行評價。機組選型時，應(yīng)選擇獲得行業(yè)專業(yè)機構(gòu)設(shè)計認證證書的機型。

二、型式認證

2014年9月，國家能源局印發(fā)《關(guān)于規(guī)范風電設(shè)備市場秩序有關(guān)要求的通知》（國能新能〔2014〕412 號），明確提出風電行業(yè)要“加強檢測認證確保風電設(shè)備質(zhì)量”。文件規(guī)定，接入公共電網(wǎng)的風電機組及其風輪葉片、齒輪箱、發(fā)電機、變流器、控制器和軸承等關(guān)鍵零部件必須進行型式認證。機組選型時，需要確認機型具備相應(yīng)的機組型式認證證書。

三、項目認證

評估已通過型式認證的風電機組和對應(yīng)的塔基設(shè)計是否能與外界條件、可適用的構(gòu)造物和電力參數(shù)相適應(yīng)，以及是否滿足與指定場地有關(guān)的其他要求。項目認證應(yīng)評估場地的風能資源條件、其他環(huán)境條件、電網(wǎng)條件及土壤特性是否與定型風電機組設(shè)計文件和塔基設(shè)計文件中確定的參數(shù)相一致。因此，機組選型時，應(yīng)選擇經(jīng)過項目認證的機型。

風力發(fā)電機組系列產(chǎn)品認證規(guī)則如下表：