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宏观选址条件对风电场经济效益的影响及优化建议

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:风电场选址于容量系数大于0.3的地区将会有明显的经济效益。因此,在选址时,要尽量使风电机组避开粗糙的地表面或高大的建筑障碍物。若条件允许,风电机组的轮毂高度应高出附近障碍物至少8~10m,距障碍物的距离应为5~10倍障碍物高度。风电场的交通方便与否将影响风电场建设,如设备运输、装备、备件运送等。

宏观选址条件对风电场经济效益的影响及优化建议

1.风能质量好的地区

建设电场最基本的条件就是要有丰富、风向稳定的风能资源,因此场址选在风能质量好的地区,所谓风能质量好的地区应具备以下特点:

(1)年平均风速较高。一般年平均风速达到6m/s以上。

(2)风功率密度大。年平均有效风能功率密度大于300W/m2

(3)风频分布好。

(4)可利用小时数高。风速为3~25m/s的小时数在5000h以上。

2.容量系数大

容量系数是指风电机组的年度电能净输出,也就是在真实负荷条件下的年度电能输出除以风电机组额定容量与全年运行8760h的乘积。

风电场选址于容量系数大于0.3的地区将会有明显的经济效益。

3.风向稳定

风电场主要有一个或两个盛行主风向,所谓盛行主风向是指出现频率最多的风向。一般来说,根据气候和地理特征,某一地区基本上只有一个或两个盛行主风向且几乎方向相反,这种风向对风力发电机组排布非常有利,考虑因素较少,排布也相对简单。但是,也有虽然风况较好,但没有固定的盛行风向的情况,这种情况对风力发电机组排布尤其是在风力发电机组数量较多时带来不便,这时,就要进行各方面综合考虑来确定最佳排布方案。

在选址考虑风向影响时,一般按风向统计各个风速的出现频率,使用风速分布曲线来描述各风向方向上的风速分布,做出不同的风向风能分布曲线,即风向玫瑰图和风能玫瑰图,来选择盛行主风向。

风向稳定可以利用风玫瑰图表示,其主导风向频率在30%以上的地区可以认为是风向稳定地区。

4.风速变化小

风电场选址时尽量不要有较大的风速日变化和季节变化,风速年变化较小。我国属季风气候,冬季风大,夏季风小。但是在我国北部和沿海,由于天气海陆的关系,风速年变化较小,在最小的月份只有4~5m/s。

5.风力发电机组高度范围内风垂直切变要小

风力发电机组选址时要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线,当风垂直切变非常大时,对风力发电机组运行十分不利。

6.湍流强度小

由于风是随机的,加之场地表面粗糙的地面和附近障碍物的影响,由此产生的无规则的湍流会给风电机组及其出力带来无法预计的危害:减少了可利用的风能;使风电机组产生振动;叶片受力不均衡,引起部件机械磨损,从而缩短了风电机组的寿命,严重时使叶片及部分部件受到不应有的毁坏等。因此,在选址时,要尽量使风电机组避开粗糙的地表面或高大的建筑障碍物。若条件允许,风电机组的轮毂高度应高出附近障碍物至少8~10m,距障碍物的距离应为5~10倍障碍物高度。湍流强度小地区湍流强度受大气稳定性和地面粗糙度的影响,所以在建风电场时,要避开上风方向地形有起伏和障碍物较大的地区。(www.xing528.com)

7.尽量避开灾害性天气频繁出现的地区

在选址工作中,应对某些对风电机组有影响的灾害性天气予以考虑,灾害性天气包括强风暴(如强台风龙卷风等)、雷电、沙暴、夜冰、盐雾等,对风电机组具有破坏性,如强风暴沙暴会使叶片转速增大产生过发,叶片失去平衡而增加机械摩擦导致机械部件损坏,降低风电机组使用寿命,严重时会使风电机组破坏;多雷电区会使风电机组遭受雷击从而造成风力发电机组毁坏;多盐雾天气会腐蚀风电机组部件从而降低风电机组部件使用寿命;覆冰会使风电机组叶片及其测风装置发生结冰现象,从而改变叶片翼型,由此改变正常的气动力出力;减少风电机组出力;叶片积冰会引起叶片不平衡和振动,增加疲劳负荷,严重时会改变风轮固有频率,引起共振,从而减少风电机组寿命或造成风电机组严重损坏;叶片上的积冰在风电机组运行过程中会因风速、旋转离心力而甩出,坠落在风电机组周围,危及人员和设备自身安全;测风传感器结冰会给风电机组提供错误信息,从而使风电机组产生误动作等。此外,冰冻和沙暴会使测风仪器的记录出现误差。风速仪上的冰会改变风杯的气动特性,降低转速甚至会冻住风杯,从而不能可靠地进行测风和对潜在风电场风能资源进行正确评估。因此,频繁出现上述灾害性气候的地区应尽量不要安装风电机组。但是,在选址时,有时不可避免地要将风电机组安装在这些地区,此时,在进行风电机组设计时就应将这些因素考虑进去,要对历年来出现的冰冻、沙暴情况及其出现的频度进行统计分析,并在风电机组设计时采取相应措施。

8.尽可能靠近电网

要考虑电网现有容量、结构及其可容纳的最大容量,以及风电场的上网规模与电网是否匹配的问题;风电场应尽可能靠近电网,从而减少电损和电缆铺设成本。

9.交通方便

要考虑所选定风电场交通运输情况,设备供应运输是否便利,运输路段及桥梁承载力是否适合风电机组运输车辆等。风电场的交通方便与否将影响风电场建设,如设备运输、装备、备件运送等。

10.对环境的不利影响最小

通常,风电场对动物特别是对飞禽及鸟类有伤害,对草原树林也有些损害。为了保护生态,在选址时应尽量避开鸟类飞行路线候鸟及动物停留地带及动物筑巢区,尽量减少占用植被面积。

11.地形情况

要考虑风电场址区域地形的复杂程度,如多山丘区、密集树林区、开阔平原地、水域或兼有等。地形单一,则对风的干扰低,风电机组无干扰地运行在最佳状态;反之,地形复杂多变,产生扰流现象严重,对风电机组出力不利。验证地形对风电场风电机组出力产生影响的程度,通过考虑场区方圆50km(对非常复杂地区)以内地形粗糙度及其变化次数、障碍物如房屋树林等的高度、数字化山形图等数据,还有其他的风速风向统计数据等,利用WAsP软件的强大功能进行分析处理。

12.地质情况

风电场选址时要考虑所选定场地的地质情况,如是否适合深度挖掘(塌方、出水等),房屋建设施工、风电机组施工等。要有详细的反映该地区的水文地质资料并依照工程建设标准进行评定。

13.地理位置

长远考虑,风电场选址要远离强地震带火山频繁爆发区,以及具有考古意义及特殊使用价值的地区,应收集历年有关部门提供的历史记录资料,并结合实际做出评价。另外,考虑风电场对人类生活等方面的影响,如风电机组运行会产生噪声及叶片飞出伤人等,风电场应远离人口密集区。有关规范规定风电机组离居民区的最小距离应使居民区的噪声小于45dB(A),该噪声可被人们所接受。另外,风电机组离居民区和道路的安全距离从噪声影响和安全考虑,单台风电机组应远离居住区至少200m。而对大型风电场来说,这个最小距离应增至500m。

14.温度、气压、湿度

温度、气压、湿度的变化会引起空气密度的变化,从而改变风功率密度,由此改变风电机组的发电量。在收集气象站历年风速风向数据资料及进行现场测量的同时应统计温度、气压、湿度。在利用WAsP软件对风速风向进行精确计算的同时,利用温度、气压、湿度的最大、最小及平均值进行风电机组发电量的计算验证。

15.海拔

同温度、气压、湿度一样,具有不同海拔的区域因其空气密度不同而风功率密度不同,由此改变风电机组的发电量。在利用WAsP软件进行风能资源评估分析计算时,海拔间接对风电机组发电量的计算验证起重要作用。

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