1、5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算批 准： 宋 臻核 定： 董德兰审 查： 吉超盈校 核： 牛子曦编 写： 李庆庆华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-15 机型选择和发电量估算5.1 风力发电机组选型在风电场的建设中，风力发电机机组的选择受到风电场自然环境、交通运输、吊装等条件等制约。在技术先进、运行可靠的前提下，选择经济上切实可行的风力发电机组。根据风场的风能资源状况和所选的风力发电机组，计算风场的年发电量，选择综合指标最佳的风力发电机组。5.1.1 建设条件酒泉地区南部为祁连山脉，北部为北山山系，中部为平坦的戈壁荒滩，形成两山夹一谷的地形，成为东西风的通道，风
2、能资源丰富。场址位于祁连山山脉北麓山前冲洪积戈壁平原上，地势开阔，地形平缓，便于风机安装；风电场东侧距 312 国道约30km，可通过简易道路运输大型设备。根据黑厓子北测风塔 2008 年 7 月2009 年 6 月测风数据计算得到该风电场场址90m 高度风功率密度分布图见图 5.1（图中颜色由深至浅代表风能指标递减） 。由图 5.1可见，该风电场场址地势开阔，地形平坦，风能指标基本一致。根据风能资源计算结果，该风电场主风向和主风能方向一致，以 E 风和 W 风的风速、风能最大和频次最高。用 WASP9.0 软件推算到预装风电机组轮毂高度 90m 高度年平均风速为 7.32m/s，平均风功率密
3、度为 380W/m2，威布尔参数 A=8.3， k=2.0；50m 高度年平均风速为7.04m/s，平均风功率密度为 330W/m2，威布尔参数 A=7.9， k=2.06。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为 3 级。黑厓子西风电场 90m 高度年有效风速（3.0m/s25.0m/s）时数为 7131h，风速频率主要集中在 3.0 m/s12.0m/s ,3.0m/s 以下和 25.0m/s 以上的无效风速少，无破坏性风速, 年内变化小，全年均可发电。由玉门镇气象站近 30 年资料推算 70m、80 m、90 m 和 100m 高度标准空气密度条件下 50 年一遇极大风速分
4、别为 48.00m/s、48.90 m/s、49.71 m/s 和 50.45m/s,小于52.5m/s。5090m 高度 15m/s 风速段湍流强度介于 0.06600.0754 之间,小于 0.1，华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-2湍流强度较小。根据国际电工协会 IEC61400-1(2005)判定该风电场可选用适合 IEC及其以上安全等级的风机。图 5.1 黑厓子西风电场 90m 高度风功率密度分布图5.1.2 机型选择根据目前国内成熟的商品化风电机组技术规格，并结合该风电场建设条件，初步选择单机容量为 2000kW、2500kW 和 3000kW 的风电机组
5、进行比选。机型特征参数如下：叶片数： 3 片额定功率： 2000kW、2500kW 和 3000kW风轮直径： 93113m切入风速： 34 m/s切出风速： 2025m/s华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-3额定风速： 1112.5m/s安全风速： 52.570m/s轮毂高度： 69100m根据黑厓子西风电场风能资源特点和场址范围，风机排布采用东西间隔 9D，南北间隔 5D，按风机厂提供的当地空气密度下的功率曲线采用 WASP9.0 软件分别计算各风电机组发电量。并参照目前各风电机组在我国市场上的大致价格情况，对初选的 3 种机型 6 种方案进行了投资估算和财务分析
6、，结果见表 5.1。表 5.1 初选方案技术经济比较表方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6序号 项 目 单位FD93B/2000 FD93B/2000 GW100/2500 GW100/2500 SL3000/113 SL3000/1131 单机容量 kW 2000 2000 2500 2500 3000 30002 台数 台 24 24 19 19 16 163 轮毂高度 m 69 80 80 100 90 1004 叶片直径 m 93 93 100 100 113 1135 总装机容量 MW 48 48 47.5 47.5 48 486 年理论发电量 万 kWh 14
7、498.6 14752.6 14763.9 15415.1 15116.8 15234.5 7 年上网电量 万 kWh 9991.6 10186.8 10183.5 10671.5 10470.5 10574.68 年利用小时数 h 2082 2122 2144 2247 2181 22039 工程静态投资 万元 38283.13 39999.47 40575.28 43298.55 43702.05 44335.0910 工程动态投资 万元 39217.63 40975.87 41565.73 44355.47 44768.82 45417.3111 主机综合造价 元/kW 4700 470
8、0 5200 5200 5400 540012单位千瓦投资（静态/动态） 元/kW 79755/8170 8333/8536 8542/8750 9115/9337 9104/9326 9236/946113单位电度投资（静态） 元/kWh 3.83 3.93 3.98 4.06 4.17 4.1914 排序 1 2 3 4 5 6备注：投资概算为中间成果。由表 5.1 可看出，各方案中，方案 1 的单位电度投资最小，为 3.83 元/kW.h；方案 6 的单位电度投资最大，为 4.19 元/kW.h。由于方案 5 为业主指定机型，所以本次以方案 5（华锐 SL113-3000/90）机型作为
9、设计依据。5.1.3 风力发电机组的技术指标推荐机型风力发电机机组主要技术参数见表 5.2，推荐机型风力发电机功率曲线及推力系数曲线表（1.017 kg/m3）见表 5.3。推荐机型风力发电机（1.017 kg/m3）功率曲线和推力系数曲线见图 5.2。华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-4华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-5表 5.2 SL113-3000/90 低温型风机主要技术参数表机型项目 SL113-3000/901. 转 轮直 径 (m) 113.3扫风面积 (m 2) 10039.7对 风 方 向 上风向叶 片 数 3功率调节方式
10、 变桨变速切入风速 (m/s) 3.0切出风速 (m/s) 25.0额定风速 (m/s) 11.5极限风速 (m/s) 52.5（3S）运行温度（C） -3045 C轮毂重量 ( t ) 282. 发 电 机制造厂家/型号 华锐科技额定功率 3100额定电压 690额定转速/转速范围 1200/6001400绝缘等级 H功率因数调节范围 容性 0.9感性 0.93. 机舱和塔架机舱总重量(t) 120叶片(t) 38.4塔架类型 圆锥式钢塔筒塔架高度（m） 90塔架重量 (t) （含基础环） 306华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-6表 5.3 推荐机型功率曲线及推力
11、系数曲线表（1.017 kg/m 3）风 速 SL113-3000/90(m/s) 功率(kW) 推力系数)3 0.45 1.0379 4 97.53 0.8395 5 236.69 0.7404 6 446.58 0.7399 7 737.24 0.7391 8 1123.39 0.7386 9 1617.75 0.7385 10 2117.00 0.6626 11 2560.54 0.5812 12 2881.55 0.4980 13 3000.19 0.3572 14 3000.19 0.2776 15 3000.19 0.2226 16 3000.19 0.1823 17 3000.1
12、9 0.1517 18 3000.19 0.1281 19 3000.19 0.1094 20 3000.19 0.0945 21 3000.19 0.0823 22 3000.19 0.0723 23 3000.19 0.0640 24 3000.19 0.0570 25 3000.19 0.0511 备注：所列参数为风机厂家提供。华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-7图 5.2 推荐机型 SL113-3000/90（空气密度 1.017kg/m3）功率曲线和推力系数5.2 风电场总体布置5.2.1 风电机组布置原则（1）根据风向和风能玫瑰图，使风机间距满足发电量较大
13、，尾流影响较小为原则。从本风电场风向、风能玫瑰图分析，主风向为西(W)风和东(E)风，风能最大的方向是西(W)风和东(E)风，风电机组排列应垂直于主风能方向。（2）本风电场属戈壁滩地，地势平坦。风电机的布置应根据地形条件，充分利用风电场的土地和地形，经多方案比较，选择机组之间的行距和列距，尽量减少尾流影响。（3）考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求输电线路长度较短，运输和安装方便。（4）不宜过分分散，便于管理，节省土地，充分利用风力资源。5.2.2 风电场内风电机组布置 风电场场址为戈壁荒滩，地势平坦，主风向和最大风能密度的方向一致，盛行风向稳定，所以，本区域风电场风机排列方式采用矩阵
14、式分布，该风电场内部采用梅花型布置。即风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，后排风机位于华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-8前排 2 台风机之间。根据国外进行的试验，风机之间的距离为其风轮直径的 20 倍时，风机之间无影响，但考虑到道路、输电电缆等投资成本的前提下，风机之间列距一般约为 35 倍风轮直径，行距约为 59 倍风轮直径。根据本风场常年风向和主风能方向为 E 和 W，确定南北为列，东西为行。选取华锐 SL113-3000/90 风机（轮毂高度为 90m，功率曲线为1.017kg/m3下）分别按4D8D、4D9D、4D10D、5D8D、5D9D、
15、5D10D、6D8D、6D9D 布置进行比较。经过比较发现，增大风机南北间距比增大东西间距发电量增加的多，且风机间距增大到一定程度后间距增大发电量增加缓慢。各布置方案中 5D9D 布置方案最优，最终按 5D9D 布置，即南北间隔为 5D （565m），东西间隔为 9D（1020m）。具体机位可根据实际地形进一步在小范围内优化，以便风机布置更为合理。风电场推荐机型风机总平面布置图见附图 15。5.2.3 风电场之间尾流影响分析 黑厓子西风电场东侧有已建成的黑厓子风电场一期、二期（各安装 24 台单机容量2.0MW 的风机，总装机容量 96MW）。为尽可能减少风电场之间的尾流影响，本次设计考虑在两
16、个风电场之间设置一定的风速恢复距离。在计算分析过程中，当逐步增大两个风电场的距离时，风电机组之间的尾流影响值也逐步减小，且风场间距增大到一定程度后间距增大尾流影响减小缓慢。考虑到黑厓子西后期风机布置，本次黑厓子西风电场和已建成的黑厓子风电场之间预留 1.3km 的间距。5.3 年上网电量估算（1）理论年发电量计算根据黑厓子北测风塔 2008.072009.06 实测资料及风机布置方案，推荐机型华锐SL113-3000/90 当地空气密度（1.017kg/m 3）下的功率曲线和推力系数，利用 WASP9.0软件进行发电量计算，得到黑厓子西风电场工程风机的理论年发电量和风机尾流影响后（计算时不仅考
17、虑了本风场风机之间的尾流影响，而且考虑了黑厓子一期、黑厓子二期风电场风机的尾流影响）的年发电量。（2）风电机组利用率华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-9根据目前不同风电机组的制造水平和本风电场的实际条件，本次设计风机可利用率采用 95%。（3）风电机组功率曲线保证率风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为 95%，本次在计算发电量时采用当地空气密度 1.017kg/m3下风电机组功率曲线，本次功率曲线的保证率取 94%。（4）控制与湍流影响折减当风向发生转变时，风机的叶片与机舱也逐渐要随着转变，但实际运行中的发电机组控制总是落后于风的变化，因此在计算电量时要考虑此项折减。
18、本风电场湍流强度介于 0.050.07,湍流强度较小。本风场此两项折减系数取 4%。（5）叶片污染折减叶片表层污染使叶片表面粗糙度提高，翼型的气动特性下降。考虑本风场风机受当地工业污染影响为主，空气质量较好，叶片污染折减系数取 1%。（6）气候影响停机玉门镇气象站（19712000 年）30 年实测极端最高温度为 36；实测极端最低温度为-35。经调查甘肃洁源三十里井子风电场与甘肃大唐低窝铺风电场，在（2008 年 1 月 21日2008 年 2 月 9 日）时间段，甘肃洁源三十里井子风电场使用的常温型风机因低温停机两周，甘肃大唐低窝铺风电场使用的低温型风机没有出现因低温而停机的情况。因此根据
19、本风场的气候特性，参考其他工程取气候影响停机折减系数：低温型风机折减系数取 2%，常温型风机折减系数取 2.5%，由于本次确定机型为低温型风机，因此气候影响折减系统取 2%。（7） 厂用电、线损等能量损耗初步估算厂用电和输电线路、箱式变电站损耗占总发电量的 5%。（8） 电网波动影响考虑到酒泉地区风电装机容量较大，建成后对电网影响较大。本次电网波动折减系数取 2%。（9） 其它因素影响考虑风电场运行中遇到一些其它的影响因素，暂按 1%考虑。经以上综合折减后，黑厓子西风电场工程推荐机型发电量成果见表 5.4。华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-10表 5.4 黑厓子西风电
20、场工程推荐机型发电量计算表方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6机 型项 目 FD93B/2000 FD93B/2000 GW100/2500 GW100/2500 SL3000/113 SL3000/113单机容量（kW） 2000 2000 2500 2500 3000 3000本期工程机组台数（台） 24 24 19 19 16 16风机高度（m） 69 80 80 100 90 100本期工程总装机容量（kW） 48 48 47.5 47.5 48 48上网电量（万 kWh） 9991.6 10186.8 10183.5 10671.5 10470.5 10574.
21、6利用小时数（h） 2082 2122 2144 2247 2181 2203容量系数 0.24 0.24 0.24 0.26 0.25 0.25由表 5.4 可看出，推荐方案 5 华锐 SL113-3000/90 机型年上网电量为 10470.5 万kW.h，年利用小时数为 2181h，容量系数为 0.25。黑厓子西风电场工程单机发电量计算表见表 5.5。华电甘肃玉门黑厓子西风电场 48MW 工程可行性研究报告5-11表 5.5 黑厓子西风电场工程推荐方案单机发电量计算表轮毂高度理论发电量尾流影响系数扣除尾流影响发电量控制与湍流影响折减叶片污染折减利用率折减功率曲线折减耗损及场用电折减气候影
22、响折减电网波动折减 其他年利用小时数容量系数0.04 0.01 0.05 0.06 0.05 0.02 0.02 0.01风机编号 风机型号m 万 kw.h % 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h 万 kw.h hHD49 SL113-3000/90 90 944.2 4.2% 904.3 868.1 859.1 813.9 759.6 714.4 687.3 678.2 669.2 2231 0.51 HD50 SL113-3000/90 90 940.3 7.5% 869.8 835.0 826.3 782.8 7
23、30.6 687.1 661.0 652.3 643.6 2145 0.49 HD51 SL113-3000/90 90 943.4 8.7% 861.3 826.9 818.2 775.2 723.5 680.4 654.6 646.0 637.4 2125 0.49 HD52 SL113-3000/90 90 945.2 9.1% 859.6 825.2 816.6 773.7 722.1 679.1 653.3 644.7 636.1 2120 0.48 HD53 SL113-3000/90 90 943.5 8.6% 862.4 827.9 819.3 776.2 724.4 681.
24、3 655.4 646.8 638.2 2127 0.49 HD54 SL113-3000/90 90 943.6 6.7% 880.8 845.6 836.8 792.8 739.9 695.9 669.4 660.6 651.8 2173 0.50 HD55 SL113-3000/90 90 951.0 6.0% 894.3 858.5 849.5 804.8 751.2 706.5 679.6 670.7 661.7 2206 0.50 HD56 SL113-3000/90 90 950.6 7.2% 882.5 847.2 838.4 794.3 741.3 697.2 670.7 6
25、61.9 653.1 2177 0.50 HD57 SL113-3000/90 90 945.3 7.7% 872.3 837.4 828.6 785.0 732.7 689.1 662.9 654.2 645.5 2152 0.49 HD58 SL113-3000/90 90 943.0 7.7% 870.5 835.7 827.0 783.4 731.2 687.7 661.6 652.9 644.2 2147 0.49 HD59 SL113-3000/90 90 939.1 6.6% 877.5 842.4 833.6 789.7 737.1 693.2 666.9 658.1 649.
26、3 2164 0.49 HD60 SL113-3000/90 90 941.2 2.5% 917.4 880.7 871.6 825.7 770.6 724.8 697.3 688.1 678.9 2263 0.52 HD61 SL113-3000/90 90 943.7 4.6% 900.2 864.2 855.2 810.2 756.1 711.1 684.1 675.1 666.1 2220 0.51 HD62 SL113-3000/90 90 947.8 5.2% 898.3 862.4 853.4 808.5 754.6 709.7 682.7 673.7 664.7 2216 0.51 HD63 SL113-3000/90 90 950.1 5.3% 900.1 864.1 855.1 810.1 756.1 711.1 684.1 675.1 666.1 2220 0.51 HD64 SL113-3000/90 90 945.0 5.0% 898.1 862.2 853.2 808.3 754.4 709.5 682.6 673.6 664.6 2215 0.51 汇总 15116.8 6.4% 14149.3 13583.4 13441.9 12734.4 11885.4 11178.0 10753.5 10612.0 10470.5 2181 0.50
