风力发电机组选型、布置及风电场发电量估算(切吉二期)

7风电机组选型、布置及风电场发电量估算青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-17风电机组选型、布置及风电场发电量估算7.1风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件制约。在技术先进、运行可靠、满足国产化的前提下，应根据风电场风况特征和风电机组的参数，计算风电场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。7.1.1建设条件切吉风电场二期工程场址海拔高度在3150m～3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，多年平均空气密度为0.885kg/m3，应选择适合高海拔地区的风机；该风电场场址地处柴达木盆地东北边缘，地貌类型以山前倾斜平原的戈壁滩为主，地形平坦，地势开阔，便于风机安装；场址北距青藏公路（109国道）3.2km，交通便利，施工条件较好，可通过简易道路运输大型设备。根据0622#测风塔2006.11.1～2008.10.31测风数据计算得到风电场场址80m高度风功率密度分布如图7.1所示。图中用颜色深浅表示风能指标高低，颜色越深风能指标越好，颜色越浅风能指标越差。由图7.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据0622#测风塔风能资源计算结果，本风电场主风向和主风能方向基本一致，以西西北（WNW）和西（W）风的风速、风能最大和频次最高。80m高度风速频率主要集中在1.0m/s～9.0m/s,无破坏性风速，全年均可发电。80m高度年平均风速为6.54m/s，年平均风功率密度为309.0W/m2，年有效风速（3.0m/s～20.0m/s）利用时数分别为6900h。用WASP9.0程序进行曲线拟合计算，得到0622#测风塔80m高度年平均风速为6.65m/s,平均风功率密度为319W/m2；50m高度年平均风速为6.31m/s,平均风功率密度为275W/m2；30m高度年平均风速为6.03m/s,平均风功率密度为236W/m2；10m高度年平均风速为5.27m/s,平均风功率密度为165W/m2。根据《风电场风能资源评估方法》判定该风电场风功率密度等级接近3级。青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-2由茶卡气象站30年资料推算推算至风力发电机组轮毂69m、70m、80m高度50年一遇最大风速分别为32.81m/s、32.86m/s、33.3m/s（切变指数取0.10），均小于37.5m/s。50m～70m高度湍流强度值小于0.12，湍流强度较小。根据国际电工协会IEC61400-1(2005)标准判定该风电场可选用适合IECIIIc级及其以上安全标准的风机。图7.1切吉风电场二期80m高度风功率密度分布图7.1.2机型选择根据本风电场建设条件，该风电场场址海拔高度在3150m～3260m之间，属高海拔地区，空气稀薄，存在电机绝缘和散热等问题。经调研国内适合高海拔地区的风机制造厂家，本次初选南车时代WT88-1500kW、金风科技GW87-1500kW、东汽FD93E-1500kW、湖南湘电XE93-2000kW和上汽W105-2000kW风机进行了比较。机型特征参数如下：青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-3叶片数：3片额定功率：1500kW、2000kW风轮直径：87～105m切入风速：3～3.5m/s切出风速：20m/s～25m/s额定风速：11.5～13m/s安全风速：52.5m/s轮毂高度：69～80m根据切吉风电场风能资源特点，按照东西间距9D（D为叶片直径）、南北间距5D的原则进行布置，按风机厂提供的当地空气密度0.885kg/m3状况下功率曲线，采用WASP9.0软件分别计算各风电机组理论发电量和尾流影响后的发电量，并按综合折减系数26%计算年上网电量，参照各风电机组的报价情况，对初选的5种机型分别进行了技术经济比较，结果见表7.1。表7.1初选机型经济比较表序号项目单位方案1方案2方案3方案4方案5WT88-1500GW87-1500FD93E-1500XE93-2000W105-20001单机容量kW150015001500200020002台数台33333324243轮毂高度m70706980804叶片直径m888793931055总装机容量MW49.549.549.548486理论发电量万kW·h14249.814151.614070.812887.712909.17年上网电量万kW·h9063.78978.58956.78237.08844.48年等效满负荷小时数h183118141809171618439工程静态投资万元39231.8140102.0540135.1238155.5738317.5110工程动态投资万元40189.2441080.7241114.6039086.7339252.6211主机综合(含运费)元/kW4730480048004750469012单位千瓦投资（静态）元/kW7925.628101.428108.107949.087982.8113单位千瓦投资（动态）元/kW8119.048299.148305.988143.078177.6314单位电度静态投资元/kW·h4.3294.4664.4824.6324.33115排序13452从表7.1可知，不同机型发电量差别相对较大，风电场年等效满负荷小时数从1716h到1843h不等。从表7.1中可知，方案5（W105-2000kW）单位电度静态青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-4投资较低，且市场占有率较高，因此本次设计以方案5（W105-2000kW）为推荐方案，即以24台上汽W105-2000kW机型为设计依据。7.1.3风力发电机组的技术指标比较推荐方案主要技术参数见表7.2，各比选风力发电机功率参数、推力系数参数见表7.3，各比选风力发电机功率曲线、推力系数曲线见图7.2～图7.3。表7.2推荐方案风机的主要技术参数表上汽项目机型W105/20001.转轮直径(m)105扫风面积(m2)8655风轮转速(r.p.m)对风方向上风向叶片数3功率调节方式变桨距切入风速(m/s)3切出风速(m/s)20额定风速(m/s)10极限风速(m/s)52.52.发电机类型双馈异步发电机额定功率(kW)2081输出电压(V)690转速范围983～1983额定转速(r.p.m)1812功率因素0.95（感性）～0.95（容性）防护等级≥IP54绝缘等级F青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-5表7.3比选风力发电机功率曲线及推力系数曲线表（密度0.885kg/m3）WT88-1500kWGW87-1500kWFD93E-1500kWXE93-2000kWW105-2000kW风速[m/s]功率[kW]推力系数风速[m/s]功率[kW]推力系数风速[m/s]功率[kW]推力系数风速[m/s]功率[kW]推力系数风速[m/s]功率[kW]推力系数3.5370.99033191.05563300325.14290.88490239.70.9664670.90384720.838543.5170.92493.546.57650.8085413.530.90.9174.51050.833651480.805454460.848485.25220.738037484.50.87651490.77262620.805424.5840.77744.5125.0820.7321754.5134.70.8155.52010.76374210.8053851270.74195170.7580.7324445193.30.77762640.763686330.805395.51810.74755.5227.5040.7324815.5264.20.7776.53390.764298980.7629762450.75056300.5150.732476351.30.77774260.76461011760.684776.53220.75346.5382.4270.732626.5453.20.7777.55260.76511114570.6132374140.7567476.3050.7325347573.40.77786350.76351215000.428727.55200.75787.5585.2940.7325887.5711.60.7778.57540.73771315000.3227886440.75898710.1060.7323998876.30.77798830.70331415000.252738.57790.74748.5852.320.7325678.51054.10.7779.510150.67061515000.2032399200.7133910130.732614912490.7471011510.63871615000.166819.510710.68189.51176.510.7325949.51450.40.71310.512880.6071715000.139021012200.6465101367.270.7326011016450.681114230.57521815000.1174510.513590.608410.51571.760.73261910.517850.64711.515440.54251915000.100411114830.5695111779.160.710361118740.591215440.44372015000.0867811.515000.48111.51939.030.68575411.519350.47912.515440.38182115000.075651215000.4066122004.940.6005391219710.4091315440.33312215000.0665112.515000.351212.520100.49839812.519900.35513.515440.29321315000.30681320100.4288331320000.31青海切吉风电场二期49.5MW工程预可行性研究报告7-61415440.260313.515000.27091420100.33037213.520000.27614.515440.23271415000.2411520100.2636021420000.2451515440.209314.515000.21581620100.21489714.520000.21815.515440.18911515000.19431720100.1783751520000.1961615440.171615.515000.17571820100.15027815.520000.17916.515440.15641615000.15971920100.1281391620000.1631715440.14316.515000.14562020100.11047416.520000.14917.515440.13121715000.13332120100.0961361720000.1351815440.120817.515000.12252220100.08436117.520000.12518.515440.11151815000.11292320100.074571820000.1161915440.103218.515000.10442420100.06636118.520000.10719.515440.09581915000.09682520100.0594141920000.0992015440.089219.515000.089919.520000.09320.515440.08312015000.08382020000.0862115440.077620.515000.078321.515440.07272115000.07322215440.06822