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風(fēng)電機組選型的技術(shù)性、實(shí)用性和經(jīng)濟性
內容簡(jiǎn)介:風(fēng)力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性,主要指評價(jià)該風(fēng)場(chǎng)投資所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。對于一個(gè)風(fēng)電項目,主要風(fēng)險變量有固定資產(chǎn)投資、年上網(wǎng)電量和上網(wǎng)電價(jià)等。
在風(fēng)電場(chǎng)建設過(guò)程中,風(fēng)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(shí),風(fēng)力發(fā)電機組的選擇決定了建場(chǎng)投資和發(fā)電量,風(fēng)機選型就是要在這兩者之間選擇一個(gè)最佳配合。在技術(shù)先進(jìn)、運行可靠的前提下,根據風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能資源狀況,選擇經(jīng)濟上切實(shí)可行的風(fēng)力發(fā)電機組,計算風(fēng)場(chǎng)的年發(fā)電量,選擇綜合指標最佳的風(fēng)力發(fā)電機組。 

風(fēng)力發(fā)電機組選型的好壞不僅影響風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(jià)。因此,在風(fēng)力發(fā)電項目固定資產(chǎn)投資中,風(fēng)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(jià)格比最優(yōu),即以最低的價(jià)格購買(mǎi)到性能、質(zhì)量最好的風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電量相差不大,則風(fēng)力發(fā)電機組選型時(shí)就要考慮能否用最小的發(fā)電成本轉化成最大的容量系數。 

(二)要求 

1、質(zhì)量認證。風(fēng)電機組制造必須具備ISO9001質(zhì)量保障體系認證,這是保證風(fēng)電場(chǎng)機組正常運行及維護最根本的保障體系。 

2、機組功率曲線(xiàn)。功率曲線(xiàn)是反映風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電輸出性能好壞的最主要曲線(xiàn)之一。 

3、制造商業(yè)績(jì)。業(yè)績(jì)是評判一個(gè)風(fēng)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(fēng)、低溫、雷暴、沙塵等特殊環(huán)境都會(huì )對風(fēng)力發(fā)電機組造成影響,因此在這些特殊的環(huán)境下,對風(fēng)力發(fā)電機組提出各種不同要求。 

影響風(fēng)力發(fā)電機組選型的主要因素 

首先是與風(fēng)能資源有關(guān)的因素。主要包含額定風(fēng)速、極限風(fēng)速、切出風(fēng)速等幾個(gè)重要指標。不同風(fēng)力發(fā)電機組的出力差別主要集中在額定風(fēng)速以下的區間,因此對額定風(fēng)速的確定直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機組的出力指標,額定風(fēng)速與風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的年平均風(fēng)速越接近,則風(fēng)力發(fā)電機組的滿(mǎn)載發(fā)電率越高。 

另外就是極限風(fēng)速。它主要關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機組的安全性。若風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的極限風(fēng)速超過(guò)風(fēng)力發(fā)電機組的極限風(fēng)速,則風(fēng)力發(fā)電機組可能被破壞。但是如果盲目追求安全性,不恰當地選擇極限風(fēng)速過(guò)高的風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)品,則會(huì )毫無(wú)意義地增加投資。因為由額定風(fēng)速到切出風(fēng)速之間風(fēng)力發(fā)電機組處于滿(mǎn)功率發(fā)電狀態(tài),選擇切出風(fēng)速高的產(chǎn)品有利于多發(fā)電。但切出風(fēng)速高的產(chǎn)品在額定風(fēng)速到切出風(fēng)速的控制增加需要增加投入,投資者必須根據風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)能資源特點(diǎn)綜合考慮利弊得失。 

其次是與風(fēng)力發(fā)電機組類(lèi)型及容量有關(guān)的因素。風(fēng)力發(fā)電機組的主要類(lèi)型可分為定槳距與變槳距、被動(dòng)失速與主動(dòng)失速、恒速恒頻與變速恒頻等。另外,隨著(zhù)風(fēng)電機組單機容量的增加或減少,單位千瓦的造價(jià)都會(huì )有一定程度的增加。單機容量大的機組的風(fēng)輪直徑、塔架高度、設備重量都會(huì )增加,導致機組成本增加。 

再次要考慮風(fēng)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)因為各種原因出現瞬時(shí)的、一定幅度的電壓降落時(shí),風(fēng)力發(fā)電機組能夠不停機繼續維持正常工作的能力。低電壓穿越能力差的風(fēng)力發(fā)電機組當電網(wǎng)電壓降落時(shí)會(huì )保護性停機并自動(dòng)切出電網(wǎng),一臺風(fēng)力發(fā)電機組切出電網(wǎng)將導致電網(wǎng)電壓的進(jìn)一步降落,致使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機組全部停機,最終導致電網(wǎng)崩潰。因此,風(fēng)力發(fā)電機組的低電壓穿越能力是衡量風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)性能的重要指標,直接影響了風(fēng)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(jià)、固定資產(chǎn)投資和設備的利用率,以及風(fēng)力發(fā)電機組運輸、吊裝與維護的影響等。
風(fēng)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 

根據目前國內外風(fēng)機市場(chǎng)的現狀以及國內已建風(fēng)電場(chǎng)的裝機情況,按照單機容量的大小通常可以將風(fēng)機分為4個(gè)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(fēng)電場(chǎng)。國外這類(lèi)機組已開(kāi)始退出風(fēng)機市場(chǎng),國內生產(chǎn)這個(gè)級別風(fēng)機的廠(chǎng)家有新疆金風(fēng)和浙江運達等。 

②850kW級機組。單機容量在850kW~1000kW之間,這類(lèi)機組技術(shù)成熟,并有良好的運行業(yè)績(jì),適合場(chǎng)地條件較差和運輸困難的風(fēng)電場(chǎng),在市場(chǎng)上仍有一定的空間和潛力。這個(gè)級別的風(fēng)電機組在國內安裝數量較多。 

③MW級機組。單機容量在1MW~3MW之間,這類(lèi)機組在技術(shù)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(shí)現了批量生產(chǎn),業(yè)績(jì)增長(cháng)迅速,金風(fēng)等廠(chǎng)家在加緊推出5MW、6MW機型的步伐,華銳、明陽(yáng)、國電聯(lián)合動(dòng)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(shí)際經(jīng)驗,步入批量化生產(chǎn)階段。 

④多MW 級機組。這類(lèi)風(fēng)機的部件屬超長(cháng)、超重件,運輸和吊裝難度很大, 目前在歐美等發(fā)達國家有一定數量的安裝,主要安裝在海上風(fēng)電場(chǎng),尚未大規模投入商業(yè)運行。 

2、機型的選擇 

在風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域,風(fēng)機類(lèi)型主要是依據其調節技術(shù)的不同而區分的。目前的風(fēng)機市場(chǎng),主要有定槳距和變槳距兩種。變槳距的調節技術(shù)主要有:滑差、變槳、變速、變頻以及雙饋等。定槳距風(fēng)機構造簡(jiǎn)單,調節方式簡(jiǎn)便,結構結實(shí)、牢固,中小型機組采用較多, 適合安裝在風(fēng)況相對復雜的風(fēng)電場(chǎng)。 

變槳距較定槳距風(fēng)機結構輕,構造復雜,可根據風(fēng)速的變化調節以獲得較多電量。MW 級機組大多采用變槳、變速、雙饋等技術(shù)。每種調節技術(shù)都代表著(zhù)不同的風(fēng)機類(lèi)型,并有各自的特點(diǎn),適合不同的風(fēng)電場(chǎng)條件,沒(méi)有純粹的優(yōu)劣之分。 

目前,風(fēng)力發(fā)電機組朝著(zhù)大型化、高效率的方向快速發(fā)展。并網(wǎng)型風(fēng)電機組經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,已基本上淘汰了一些不實(shí)用、技術(shù)有缺陷或者不具備商業(yè)價(jià)值的機型,形成了現在最常見(jiàn)的水平軸、3葉片、上風(fēng)向、管式塔的統一模式。
1、風(fēng)力發(fā)電機組選型的技術(shù)性 

風(fēng)力發(fā)電機組選型的技術(shù)性主要體現在以下幾個(gè)方面:風(fēng)資源評估;風(fēng)功率計算;上網(wǎng)電量估算;機組可靠性。 

①風(fēng)資源評估 

風(fēng)場(chǎng)建設,首先要對所選的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)資源評估。目前國內外針對風(fēng)資源的測試與評估已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多測試設備和評估軟件。在風(fēng)電場(chǎng)選址,特別是微觀(guān)選址方面已經(jīng)開(kāi)發(fā)了商業(yè)化軟件,如丹麥RIS 國家研究實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的用于風(fēng)電場(chǎng)微觀(guān)選址的資源分析工具軟件WASP;法國美迪公司開(kāi)發(fā)的meteodyn WT等。國內也有類(lèi)似的軟件,如電場(chǎng)設計及優(yōu)化軟件WINDFARMER,使得風(fēng)資源在評估時(shí)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。 

②風(fēng)功率計算 

根據風(fēng)資源評估的結論,確定該風(fēng)場(chǎng)年平均風(fēng)速和年風(fēng)功率密度,進(jìn)一步確定該風(fēng)電場(chǎng)盛行風(fēng)向是否穩定,湍流強度是否較小,以及場(chǎng)區實(shí)測空氣密度和風(fēng)切變指數、風(fēng)功率密度等。根據《風(fēng)電廠(chǎng)風(fēng)能資源評估方法》(GB/T18710-2002),定性該風(fēng)場(chǎng)屬于哪一類(lèi)風(fēng)場(chǎng),從而在風(fēng)力發(fā)電機組選型上選用適合該風(fēng)場(chǎng)的高效能風(fēng)機。 

③上網(wǎng)電量的估算 

根據適合該風(fēng)場(chǎng)的幾類(lèi)機型,還要進(jìn)行年理論發(fā)電量的計算。也就是根據該風(fēng)場(chǎng)在標準狀態(tài)下的功率和推力系數曲線(xiàn)、風(fēng)電機組的布置和風(fēng)電場(chǎng)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(xiàn)折減、廠(chǎng)用電、線(xiàn)損等能量損耗和氣候影響停機等因素,估算出本風(fēng)電場(chǎng)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構及構成而提出的機組穩定運行的可靠程度。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(guān)。 

2、風(fēng)力發(fā)電機組選型的實(shí)用性 

風(fēng)力發(fā)電機組選型的實(shí)用性主要是指根據風(fēng)場(chǎng)的特點(diǎn),考慮機組選擇還要受風(fēng)電場(chǎng)自然條件、交通運輸、吊裝等條件的制約。同時(shí),也要考慮風(fēng)電場(chǎng)的總體規劃和規模,再結合選型的技術(shù)性,從而決定選用實(shí)用類(lèi)型的機組。 

3、風(fēng)力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性 

風(fēng)力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性,主要指評價(jià)該風(fēng)場(chǎng)投資所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。對于一個(gè)風(fēng)電項目,主要風(fēng)險變量有固定資產(chǎn)投資、年上網(wǎng)電量和上網(wǎng)電價(jià)等。在電網(wǎng)電價(jià)暫不確定的情況下,由于風(fēng)電機組設備價(jià)格有較大波動(dòng),風(fēng)電項目投資回報問(wèn)題已成為影響風(fēng)電項目投資的主要因素。所以說(shuō),在電網(wǎng)價(jià)格給定的情況下,對于一個(gè)風(fēng)場(chǎng)的建設和投資,需要考慮因素有單位千瓦的造價(jià)、年上網(wǎng)發(fā)電量和資金內部收益率。通過(guò)對風(fēng)場(chǎng)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。
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