文 | 周慧娟

三十六灣風(fēng)電場建設(shè)中的風(fēng)電機(jī)組選型研究

文 | 周慧娟

三十六灣風(fēng)電場位于湖南省郴州市臨武縣北部，距臨武縣區(qū)直線距離約25km，場址區(qū)域以山地為主，海拔高度在900m－1550m之間，起伏較大，風(fēng)電場所在區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，冬春季風(fēng)速較大，風(fēng)向以偏北風(fēng)居多。三十六灣風(fēng)電場程風(fēng)速主要集中在2m/s－10m/s風(fēng)速段，風(fēng)能主要集中在11.0m/s－17.0m/s風(fēng)速段，有效風(fēng)速利用小時(shí)數(shù)達(dá)到了7736h，即全年的88.1%的時(shí)間可以發(fā)電。根據(jù)測風(fēng)塔實(shí)測最大風(fēng)速資料推算風(fēng)電機(jī)組預(yù)裝輪轂高度80m處50年一遇最大風(fēng)速為32.7m/s。由測風(fēng)資料推算風(fēng)電機(jī)組輪轂高度80m 在14m/s－16m/s風(fēng)速段的湍流強(qiáng)度為0.091。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400－1（2005）標(biāo)準(zhǔn)判定該風(fēng)電場屬IECIII類安全等級，在風(fēng)電機(jī)組選型時(shí)需選擇IECIII類及以上安全等級的風(fēng)電機(jī)組。本文通過分析比較單機(jī)容量、技術(shù)參數(shù)、投資估算等因素，旨在為三十六灣風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組選型提供參考。

單機(jī)容量范圍選定

在對單機(jī)容量范圍進(jìn)行選擇時(shí)，首先應(yīng)確定一個(gè)適合于本項(xiàng)目的容量范圍，然后在該范圍內(nèi)選擇一種技術(shù)成熟、市場業(yè)績良好、經(jīng)濟(jì)性較好并且國產(chǎn)化率較高的機(jī)型。根據(jù)目前國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組市場的現(xiàn)狀以及國內(nèi)已建風(fēng)電場的裝機(jī)情況，按照單機(jī)容量的大小可以將風(fēng)電機(jī)組劃分為以下四個(gè)級別：

（一）600kW級機(jī)組。單機(jī)容量為600kW或750kW，葉片長度在19m－23m，機(jī)艙重量在19t－23t，適合安裝在地形較復(fù)雜的風(fēng)電場，考慮到電網(wǎng)低電壓穿越功能的需要，目前該類型的風(fēng)電場機(jī)組已慢慢退出，設(shè)計(jì)中一般不予考慮。

（二） 850kW級機(jī)組。單機(jī)容量在850kW－1MW之間，葉片長度在25m左右，機(jī)艙重量在27t左右。這類機(jī)組技術(shù)成熟，并有良好的運(yùn)行業(yè)績，適合場地條件較差和運(yùn)輸困難的中、小型風(fēng)電場，在市場上仍有一定的空間和潛力，而且該級別的風(fēng)電機(jī)組在我國已建、在建的風(fēng)電場安裝數(shù)量較多。

（三） 兆瓦級機(jī)組。單機(jī)容量在1MW－2MW之間，葉片長度在34m－39m左右，機(jī)艙重量在40t－70t左右，主要代表機(jī)組有1.5MW和2MW型風(fēng)電機(jī)組。該類機(jī)組在技術(shù)上比較成熟，適合于交通運(yùn)輸方便的風(fēng)電場，在國外風(fēng)電市場所占份額較大，國內(nèi)目前在建的風(fēng)電場大多采用該類機(jī)組。

（四） 多兆瓦級機(jī)組。這類風(fēng)電機(jī)組的部件屬超長、超重件，運(yùn)輸和吊裝難度很大，目前在發(fā)達(dá)國家有一定數(shù)量的安裝，主要安裝在海上風(fēng)電場，尚未大規(guī)模投入商業(yè)運(yùn)行。

根據(jù)三十六灣風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)開發(fā)場址范圍，考慮風(fēng)電場的地形地質(zhì)和交通條件，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組技術(shù)、市場現(xiàn)狀和項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，三十六灣風(fēng)電場單機(jī)容量選擇范圍確定在1.5MW－2MW之間較為合理。

機(jī)型方案

一、機(jī)組適應(yīng)性選擇

三十六灣風(fēng)電場高度80m的代表年平均風(fēng)速為7.64m/s，平均風(fēng)功率密度為505.7W/m2。再根據(jù)上文提到的風(fēng)電場風(fēng)速分布、最大風(fēng)速和風(fēng)能主要集中的風(fēng)速段，確定該風(fēng)電場應(yīng)選擇IECIII類及以上安全等級的風(fēng)電機(jī)組。

從充分利用風(fēng)電場風(fēng)能資源和風(fēng)電機(jī)組安全的統(tǒng)一性考慮，并通過對國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家的調(diào)研以及根據(jù)本風(fēng)電場的風(fēng)能資源、地形和交通運(yùn)輸條件、湍流強(qiáng)度以及各型風(fēng)電機(jī)組的成熟性等特點(diǎn)，再結(jié)合生產(chǎn)廠家的供貨能力等因素，本階段擬定參與比選的代表性機(jī)型為WTG82－1500、WTG82－1650、WTG93－2000。

二、比選機(jī)型參數(shù)

各機(jī)型特征參數(shù)見表1，各機(jī)型標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下功率曲線圖和標(biāo)幺值圖分別見圖1和圖2。

表1　各比選機(jī)型主要參數(shù)比選表

圖1　各比選機(jī)型功率曲線圖（空氣密度為1.225kg/m3）

圖2　各比選機(jī)型功率曲線標(biāo)幺值圖（空氣密度為1.225kg/m3）

機(jī)型選擇

一、各機(jī)型方案上網(wǎng)電量計(jì)算

根據(jù)風(fēng)電場布置優(yōu)化結(jié)果，采用國內(nèi)外廣泛使用的WT軟件和WindFarmer軟件計(jì)算各方案的理論發(fā)電量、尾流影響和凈電量?？紤]空氣密度、控制和湍流、葉片污染、風(fēng)電機(jī)組利用率、功率曲線保證率、氣候停機(jī)影響和廠用電及線損等折減修正，除尾流影響和不同機(jī)組利用率折減不同外，其它折減各方案均按相同折減系數(shù)計(jì)算。

各機(jī)型比較方案的項(xiàng)目年理論發(fā)電量均按各型風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（ρ=1.225kg/m3）的功率和推力曲線計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，考慮影響風(fēng)電機(jī)組電量效益的一系列折減因素后，計(jì)算得出各比較機(jī)型方案的上網(wǎng)電量。除尾流影響外，其它綜合折減系數(shù)均按30.17%計(jì)算。各比選機(jī)型上網(wǎng)電量計(jì)算成果見表2。

從表2可以看出，各機(jī)型方案中年上網(wǎng)電量以WTG82－1500機(jī)型方案最大，為10705萬千瓦時(shí)；WTG93－2000和WTG82－1650機(jī)型位列第二和第三。

表2　各比選機(jī)型上網(wǎng)電量計(jì)算成果表

表3　各比選機(jī)型工程投資估算成果表

二、各比選機(jī)型投資估算

根據(jù)前述各機(jī)型方案機(jī)組參數(shù)和總體布置，結(jié)合土建工程設(shè)計(jì)和施工布置，按2011年一季度價(jià)格水平，依據(jù)國家及湖南省、郴州市現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定、定額、費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)等以及材料、設(shè)備等價(jià)格，估算各比選機(jī)型工程投資見表3。

表4　各機(jī)型比較技術(shù)經(jīng)濟(jì)成果表

機(jī)型推薦意見

各比選機(jī)型技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總見表4。

分析表4可得出：

在三個(gè)比較機(jī)型方案中，從項(xiàng)目發(fā)電效益來看，以WTG93－2000機(jī)型方案項(xiàng)目效益最大，WTG82－1500機(jī)型方案次之，WTG82－1650機(jī)型方案較差。

從工程投資來看，三個(gè)比選方案工程投資在48342萬元－52477萬元之間，其中以WTG93－2000機(jī)型方案投資最小，WTG82－1650機(jī)型方案次之，WTG82－1500機(jī)型方案投資最大。

從項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性來看，單位千瓦投資以WTG93－2000機(jī)型方案最小，為10071元/kW；WTG82－1650機(jī)型方案次之，為10465元/kW；WTGF82－1500機(jī)型方案相對較高，為10601元/kW。單位電度投資則以WTG93－2000機(jī)型方案相對最優(yōu)，為4.61元/kW·h；而WTG82－1650機(jī)型方案單位電度投資則明顯高于其他機(jī)型方案，為5.24元/kW·h?？梢?，在三個(gè)機(jī)型比選方案中，以WTG93－2000機(jī)型方案相對最優(yōu)。

結(jié)論

綜合分析，以WTG93－2000機(jī)型方案在經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)于其它比選機(jī)型，該機(jī)型技術(shù)較為成熟，可靠性相對較高，國產(chǎn)化率完全達(dá)到了70%以上。因此，本階段三十六灣風(fēng)電場推薦采用24臺單機(jī)容量為2MW的WTG93－2000型風(fēng)電機(jī)組為代表性機(jī)型。

（作者單位：長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院）