
什么是機型選擇?
在風電場建設過程中,風力發(fā)電機組的選擇受到自然環(huán)境、交通運輸、吊裝等條件的制約。同時,風力發(fā)電機組的選擇決定了建場投資和發(fā)電量,風機選型就是要在這兩者之間選擇一個最佳配合。在技術先進、運行可靠的前提下,根據(jù)風場的風能資源狀況,選擇經(jīng)濟上切實可行的風力發(fā)電機組,計算風場的年發(fā)電量,選擇綜合指標最佳的風力發(fā)電機組。
風力發(fā)電機組選型的好壞不僅影響風力發(fā)電場投資的多少,還影響投產(chǎn)后的發(fā)電量和運行成本,最終影響上網(wǎng)電價。因此,在風力發(fā)電項目固定資產(chǎn)投資中,風力發(fā)電機組的選型具有重要意義。
機型選擇的基本原則及主要要求
(一)基本原則
首先,性能價格比最優(yōu),即以最低的價格購買到性能、質(zhì)量最好的風力發(fā)電機組產(chǎn)品。
其次,以發(fā)電成本最小為指標,充分考慮發(fā)電機投入和產(chǎn)出的效益。在一些特殊情況下,如果各風力發(fā)電機組的發(fā)電量相差不大,則風力發(fā)電機組選型時就要考慮能否用最小的發(fā)電成本轉(zhuǎn)化成最大的容量系數(shù)。
(二)要求
1、質(zhì)量認證。風電機組制造必須具備ISO9001質(zhì)量保障體系認證,這是保證風電場機組正常運行及維護最根本的保障體系。
2、機組功率曲線。功率曲線是反映風力發(fā)電機組發(fā)電輸出性能好壞的最主要曲線之一。
3、制造商業(yè)績。業(yè)績是評判一個風電制造企業(yè)水平的重要指標之一。
4、特殊環(huán)境要求。臺風、低溫、雷暴、沙塵等特殊環(huán)境都會對風力發(fā)電機組造成影響,因此在這些特殊的環(huán)境下,對風力發(fā)電機組提出各種不同要求。
影響風力發(fā)電機組選型的主要因素
首先是與風能資源有關的因素。主要包含額定風速、極限風速、切出風速等幾個重要指標。不同風力發(fā)電機組的出力差別主要集中在額定風速以下的區(qū)間,因此對額定風速的確定直接關系到風力發(fā)電機組的出力指標,額定風速與風力發(fā)電場的年平均風速越接近,則風力發(fā)電機組的滿載發(fā)電率越高。
另外就是極限風速。它主要關系到風力發(fā)電機組的安全性。若風力發(fā)電場的極限風速超過風力發(fā)電機組的極限風速,則風力發(fā)電機組可能被破壞。但是如果盲目追求安全性,不恰當?shù)剡x擇極限風速過高的風力發(fā)電機組產(chǎn)品,則會毫無意義地增加投資。因為由額定風速到切出風速之間風力發(fā)電機組處于滿功率發(fā)電狀態(tài),選擇切出風速高的產(chǎn)品有利于多發(fā)電。但切出風速高的產(chǎn)品在額定風速到切出風速的控制增加需要增加投入,投資者必須根據(jù)風力發(fā)電場的風能資源特點綜合考慮利弊得失。
其次是與風力發(fā)電機組類型及容量有關的因素。風力發(fā)電機組的主要類型可分為定槳距與變槳距、被動失速與主動失速、恒速恒頻與變速恒頻等。另外,隨著風電機組單機容量的增加或減少,單位千瓦的造價都會有一定程度的增加。單機容量大的機組的風輪直徑、塔架高度、設備重量都會增加,導致機組成本增加。
再次要考慮風力發(fā)電機組的低電壓穿越能力。低電壓穿越是指,當電網(wǎng)因為各種原因出現(xiàn)瞬時的、一定幅度的電壓降落時,風力發(fā)電機組能夠不停機繼續(xù)維持正常工作的能力。低電壓穿越能力差的風力發(fā)電機組當電網(wǎng)電壓降落時會保護性停機并自動切出電網(wǎng),一臺風力發(fā)電機組切出電網(wǎng)將導致電網(wǎng)電壓的進一步降落,致使整個風力發(fā)電機組全部停機,最終導致電網(wǎng)崩潰。因此,風力發(fā)電機組的低電壓穿越能力是衡量風力發(fā)電機組并網(wǎng)性能的重要指標,直接影響了風力發(fā)電機組的選型。
最后是經(jīng)濟因素。主要包括上網(wǎng)電價、固定資產(chǎn)投資和設備的利用率,以及風力發(fā)電機組運輸、吊裝與維護的影響等。
風力發(fā)電機組的選型
風力發(fā)電機組的選型分為單機容量選擇和機型選擇。
1、單機容量選擇
根據(jù)目前國內(nèi)外風機市場的現(xiàn)狀以及國內(nèi)已建風電場的裝機情況,按照單機容量的大小通常可以將風機分為4個級別。
①600kW 級機組
單機容量為600kW或750kW,適合安裝在地形復雜的風電場。國外這類機組已開始退出風機市場,國內(nèi)生產(chǎn)這個級別風機的廠家有新疆金風和浙江運達等。
②850kW級機組。單機容量在850kW~1000kW之間,這類機組技術成熟,并有良好的運行業(yè)績,適合場地條件較差和運輸困難的風電場,在市場上仍有一定的空間和潛力。這個級別的風電機組在國內(nèi)安裝數(shù)量較多。
③MW級機組。單機容量在1MW~3MW之間,這類機組在技術上比較成熟,目前我國1.5~2MW級的機組已經(jīng)成為主流成熟機型,3MW級機組實現(xiàn)了批量生產(chǎn),業(yè)績增長迅速,金風等廠家在加緊推出5MW、6MW機型的步伐,華銳、明陽、國電聯(lián)合動力6MW機型已經(jīng)安裝樣機,華銳、湘電、海裝并已安裝5MW樣機,將逐步積累實際經(jīng)驗,步入批量化生產(chǎn)階段。
④多MW 級機組。這類風機的部件屬超長、超重件,運輸和吊裝難度很大, 目前在歐美等發(fā)達國家有一定數(shù)量的安裝,主要安裝在海上風電場,尚未大規(guī)模投入商業(yè)運行。
2、機型的選擇
在風電技術領域,風機類型主要是依據(jù)其調(diào)節(jié)技術的不同而區(qū)分的。目前的風機市場,主要有定槳距和變槳距兩種。變槳距的調(diào)節(jié)技術主要有:滑差、變槳、變速、變頻以及雙饋等。定槳距風機構(gòu)造簡單,調(diào)節(jié)方式簡便,結(jié)構(gòu)結(jié)實、牢固,中小型機組采用較多, 適合安裝在風況相對復雜的風電場。
變槳距較定槳距風機結(jié)構(gòu)輕,構(gòu)造復雜,可根據(jù)風速的變化調(diào)節(jié)以獲得較多電量。MW 級機組大多采用變槳、變速、雙饋等技術。每種調(diào)節(jié)技術都代表著不同的風機類型,并有各自的特點,適合不同的風電場條件,沒有純粹的優(yōu)劣之分。
目前,風力發(fā)電機組朝著大型化、高效率的方向快速發(fā)展。并網(wǎng)型風電機組經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已基本上淘汰了一些不實用、技術有缺陷或者不具備商業(yè)價值的機型,形成了現(xiàn)在最常見的水平軸、3葉片、上風向、管式塔的統(tǒng)一模式。
風力發(fā)電機組選型的技術性、實用性和經(jīng)濟性
1、風力發(fā)電機組選型的技術性
風力發(fā)電機組選型的技術性主要體現(xiàn)在以下幾個方面:風資源評估;風功率計算;上網(wǎng)電量估算;機組可靠性。
①風資源評估
風場建設,首先要對所選的風場進行風資源評估。目前國內(nèi)外針對風資源的測試與評估已經(jīng)開發(fā)出許多測試設備和評估軟件。在風電場選址,特別是微觀選址方面已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)化軟件,如丹麥RIS 國家研究實驗室開發(fā)的用于風電場微觀選址的資源分析工具軟件WASP;法國美迪公司開發(fā)的meteodyn WT等。國內(nèi)也有類似的軟件,如電場設計及優(yōu)化軟件WINDFARMER,使得風資源在評估時有了一定的保障,為下一步單機容量的選擇提供了重要的依據(jù)。
②風功率計算
根據(jù)風資源評估的結(jié)論,確定該風場年平均風速和年風功率密度,進一步確定該風電場盛行風向是否穩(wěn)定,湍流強度是否較小,以及場區(qū)實測空氣密度和風切變指數(shù)、風功率密度等。根據(jù)《風電廠風能資源評估方法》(GB/T18710-2002),定性該風場屬于哪一類風場,從而在風力發(fā)電機組選型上選用適合該風場的高效能風機。
③上網(wǎng)電量的估算
根據(jù)適合該風場的幾類機型,還要進行年理論發(fā)電量的計算。也就是根據(jù)該風場在標準狀態(tài)下的功率和推力系數(shù)曲線、風電機組的布置和風電場的地形圖,采用程序計算得到標準狀態(tài)下的理論發(fā)電量。然后考慮空氣密度的修正、尾流修正、控制和湍流折減、葉片污染折減、功率曲線折減、廠用電、線損等能量損耗和氣候影響停機等因素,估算出本風電場工程年上網(wǎng)電量。
④機組的可靠性
機組的可靠性是指考慮不同機型的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成而提出的機組穩(wěn)定運行的可靠程度。另外,可靠性還與機組設備所選用零部件的質(zhì)量、生產(chǎn)質(zhì)量和安裝質(zhì)量有關。
2、風力發(fā)電機組選型的實用性
風力發(fā)電機組選型的實用性主要是指根據(jù)風場的特點,考慮機組選擇還要受風電場自然條件、交通運輸、吊裝等條件的制約。同時,也要考慮風電場的總體規(guī)劃和規(guī)模,再結(jié)合選型的技術性,從而決定選用實用類型的機組。
3、風力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性
風力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性,主要指評價該風場投資所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。對于一個風電項目,主要風險變量有固定資產(chǎn)投資、年上網(wǎng)電量和上網(wǎng)電價等。在電網(wǎng)電價暫不確定的情況下,由于風電機組設備價格有較大波動,風電項目投資回報問題已成為影響風電項目投資的主要因素。所以說,在電網(wǎng)價格給定的情況下,對于一個風場的建設和投資,需要考慮因素有單位千瓦的造價、年上網(wǎng)發(fā)電量和資金內(nèi)部收益率。通過對風場建設的多種方案的計算、比較和分析,得出能反映每種方案的經(jīng)濟指標。