5 風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量估算批準(zhǔn)：宋臻核定：董德蘭審查：吉超盈校核：牛子曦編寫(xiě)：李慶慶5機(jī)型選擇和發(fā)電量估算5.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組的選擇受到風(fēng)電場(chǎng)自然環(huán)境、交通運(yùn)輸、吊裝等條件等制約。在技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)上切實(shí)可行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能資源狀況和所選的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，計(jì)算風(fēng)場(chǎng)的年發(fā)電量，選擇綜合指標(biāo)最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。5.1.1建設(shè)條件酒泉地區(qū)南部為祁連山脈，北部為北山山系，中部為平坦的戈壁荒灘，形成兩山夾一谷的地形，成為東西風(fēng)的通道，風(fēng)能資源豐富。場(chǎng)址位于祁連山山脈北麓山前沖洪積戈壁平原上，地勢(shì)開(kāi)闊，地形平緩，便于風(fēng)機(jī)安裝；風(fēng)電場(chǎng)東側(cè)距312國(guó)道約30km，可通過(guò)簡(jiǎn)易道路運(yùn)輸大型設(shè)備。根據(jù)黑崖子北測(cè)風(fēng)塔2008年7月?2009年6月測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到該風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址90m高度風(fēng)功率密度分布圖見(jiàn)圖5.1(圖中顏色由深至淺代表風(fēng)能指標(biāo)遞減)。由圖5.1可見(jiàn)，該風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址地勢(shì)開(kāi)闊，地形平坦，風(fēng)能指標(biāo)基本一致。根據(jù)風(fēng)能資源計(jì)算結(jié)果，該風(fēng)電場(chǎng)主風(fēng)向和主風(fēng)能方向一致，以E風(fēng)和W風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)能最大和頻次最高。用WASP9.0軟件推算到預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度90m高度年平均風(fēng)速為7.32m/s，平均風(fēng)功率密度為380W/m2,威布爾參數(shù)A=8.3，k=2.0；50m高度年平均風(fēng)速為7.04m/s，平均風(fēng)功率密度為330W/m2，威布爾參數(shù)A=7.9，k=2.06。根據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估方法》判定該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率密度等級(jí)為3級(jí)。黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)90m高度年有效風(fēng)速(3.0m/s?25.0m/s)時(shí)數(shù)為7131h，風(fēng)速頻率主要集中在3.0m/s?12.0m/s,3.0m/s以下和25.0m/s以上的無(wú)效風(fēng)速少，無(wú)破壞性風(fēng)速，年內(nèi)變化小，全年均可發(fā)電。由玉門(mén)鎮(zhèn)氣象站近30年資料推算70m、80m、90m和100m高度標(biāo)準(zhǔn)空氣密度條件下50年一遇極大風(fēng)速分別為48.00m/s、48.90m/s、49.71m/s和50.45m/s,小于52.5m/s。50?90m高度15m/s風(fēng)速段湍流強(qiáng)度介于0.0660?0.0754之間，小于0.1，湍流強(qiáng)度較小。根據(jù)國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC61400-1(2005)判定該風(fēng)電場(chǎng)可選用適合IECIII及其

以上安全等級(jí)的風(fēng)機(jī)。圖5.1黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)90m高度風(fēng)功率密度分布圖5.1.2機(jī)型選擇根據(jù)目前國(guó)內(nèi)成熟的商品化風(fēng)電機(jī)組技術(shù)規(guī)格，并結(jié)合該風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件，初步選擇單機(jī)容量為2000kW、2500kW和3000kW的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行比選。機(jī)型特征參數(shù)如下：葉片數(shù)： 3片額定功率： 2000kW、2500kW和3000kW風(fēng)輪直徑： 93?113m切入風(fēng)速： 3?4m/s切出風(fēng)速： 20?25m/s額定風(fēng)速： 11?12.5m/s安全風(fēng)速： 52.5?70m/s輪轂高度：69?100m根據(jù)黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源特點(diǎn)和場(chǎng)址范圍，風(fēng)機(jī)排布采用東西間隔9D,南北間隔5D,按風(fēng)機(jī)廠提供的當(dāng)?shù)乜諝饷芏认碌墓β是€采用WASP9.0軟件分別計(jì)算各風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量。并參照目前各風(fēng)電機(jī)組在我國(guó)市場(chǎng)上的大致價(jià)格情況，對(duì)初選的3種機(jī)型6種方案進(jìn)行了投資估算和財(cái)務(wù)分析，結(jié)果見(jiàn)表5.1。表5.1 初選方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表序號(hào)項(xiàng) 目單位萬(wàn)案1方案2萬(wàn)案3萬(wàn)案4萬(wàn)^案5萬(wàn)案6FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500GW100/2500SL3000/113SL3000/1131單機(jī)容量kW2000200025002500300030002臺(tái)數(shù)臺(tái)2424191916163輪轂高度m698080100901004葉片直徑m93931001001131135總裝機(jī)容量MW484847.547.548486年理論發(fā)電量萬(wàn)kW?h14498.614752.614763.915415.115116.815234.57年上網(wǎng)電量萬(wàn)kW?h9991.610186.810183.510671.510470.510574.68年利用小時(shí)數(shù)h2082212221442247218122039工程靜態(tài)投資萬(wàn)元38283.1339999.4740575.2843298.5543702.0544335.0910工程動(dòng)態(tài)投資萬(wàn)元39217.6340975.8741565.7344355.4744768.8245417.3111主機(jī)綜合造價(jià)元/kW47004700520052005400540012單位千瓦投資（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)）元/kW79755/81708333/85368542/87509115/93379104/93269236/946113單位電度投資（靜態(tài)）元/kW?h3.833.933.984.064.174.1914排序123456備注：投資概算為中間成果。由表5.1可看出，各方案中，方案1的單位電度投資最小，為3.83元/kW.h；方案6的單位電度投資最大，為4.19元/kW.h。由于方案5為業(yè)主指定機(jī)型，所以本次以方案5（華銳SL113-3000/90）機(jī)型作為設(shè)計(jì)依據(jù)。5.1.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5.2,推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線及推力系數(shù)曲線表（1.017kg/m3）見(jiàn)表5.3。推薦機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（1.017kg/m3）功率曲線和推力系數(shù)曲線見(jiàn)圖5.2。

表5.2 SL113-3000/90低溫型風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表機(jī)型項(xiàng)目SL113-3000/901.轉(zhuǎn)輪直徑(m)113.3掃風(fēng)面積(m2)10039.7對(duì)風(fēng)方向上風(fēng)向葉片數(shù)3功率調(diào)節(jié)方式變槳變速切入風(fēng)速(m/s)3.0切出風(fēng)速(m/s)25.0額定風(fēng)速(m/s)11.5極限風(fēng)速(m/s)52.5(3S)運(yùn)行溫度(°C)-30?45°C輪轂重量(t)282.發(fā)電機(jī)制造廠家/型號(hào)華銳科技額定功率3100額定電壓690額定轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)速范圍1200/600?1400絕緣等級(jí)H功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍容性0.9?感性0.93.機(jī)艙和塔架機(jī)艙總重量(t)120葉片(t)38.4塔架類(lèi)型圓錐式鋼塔筒塔架高度(m)90塔架重量(t)(含基礎(chǔ)環(huán))306

表5.3推薦機(jī)型功率曲線及推力系數(shù)曲線表(1.017kg/m3)風(fēng)速SL113-3000/90(m/s)功率(kW)推力系數(shù))30.451.0379497.530.83955236.690.74046446.580.73997737.240.739181123.390.738691617.750.7385102117.000.6626112560.540.5812122881.550.4980133000.190.3572143000.190.2776153000.190.2226163000.190.1823173000.190.1517183000.190.1281193000.190.1094203000.190.0945213000.190.0823223000.190.0723233000.190.0640243000.190.0570253000.190.0511備注：所列參數(shù)為風(fēng)機(jī)廠家提供。圖5.2推薦機(jī)型SL113-3000/90(空氣密度1.017kg/m3)功率曲線和推力系數(shù)5.2風(fēng)電場(chǎng)總體布置5.2.1風(fēng)電機(jī)組布置原則根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，使風(fēng)機(jī)間距滿足發(fā)電量較大，尾流影響較小為原則。從本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)向、風(fēng)能玫瑰圖分析，主風(fēng)向?yàn)槲?W)風(fēng)和東(E)風(fēng)，風(fēng)能最大的方向是西(W)風(fēng)和東(E)風(fēng)，風(fēng)電機(jī)組排列應(yīng)垂直于主風(fēng)能方向。本風(fēng)電場(chǎng)屬戈壁灘地，地勢(shì)平坦。風(fēng)電機(jī)的布置應(yīng)根據(jù)地形條件，充分利用風(fēng)電場(chǎng)的土地和地形，經(jīng)多方案比較，選擇機(jī)組之間的行距和列距，盡量減少尾流影響?？紤]風(fēng)電場(chǎng)的送變電方案、運(yùn)輸和安裝條件，力求輸電線路長(zhǎng)度較短，運(yùn)輸和安裝方便。不宜過(guò)分分散，便于管理，節(jié)省土地，充分利用風(fēng)力資源。5.2.2風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組布置風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址為戈壁荒灘，地勢(shì)平坦，主風(fēng)向和最大風(fēng)能密度的方向一致，盛行風(fēng)向穩(wěn)定，所以，本區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)排列方式采用矩陣式分布，該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部采用梅花型布置。即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群排列方向與盛行風(fēng)向垂直，前后兩排錯(cuò)位，后排風(fēng)機(jī)位于前排2臺(tái)風(fēng)機(jī)之間。根據(jù)國(guó)外進(jìn)行的試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)之間的距離為其風(fēng)輪直徑的20倍時(shí)，風(fēng)機(jī)之間無(wú)影響，但考慮到道路、輸電電纜等投資成本的前提下，風(fēng)機(jī)之間列距一般約為3?5倍風(fēng)輪直徑，行距約為5?9倍風(fēng)輪直徑。根據(jù)本風(fēng)場(chǎng)常年風(fēng)向和主風(fēng)能方向?yàn)镋和W，確定南北為列，東西為行。選取華銳SL113-3000/90風(fēng)機(jī)(輪轂高度為90m，功率曲線為1.017kg/m3下)分別按4DX8D、4DX9D、4DX10D、5DX8D、5DX9D、5DX10D、6DX8D、6DX9D布置進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，增大風(fēng)機(jī)南北間距比增大東西間距發(fā)電量增加的多，且風(fēng)機(jī)間距增大到一定程度后間距增大發(fā)電量增加緩慢。各布置方案中5DX9D布置方案最優(yōu)，最終按5DX9D布置，即南北間隔為5D(565m)，東西間隔為9D(1020m)。具體機(jī)位可根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)一步在小范圍內(nèi)優(yōu)化，以便風(fēng)機(jī)布置更為合理。風(fēng)電場(chǎng)推薦機(jī)型風(fēng)機(jī)總平面布置圖見(jiàn)附圖15。5.2.3風(fēng)電場(chǎng)之間尾流影響分析黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)東側(cè)有已建成的黑座子風(fēng)電場(chǎng)一期、二期(各安裝24臺(tái)單機(jī)容量2.0MW的風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量96MW)。為盡可能減少風(fēng)電場(chǎng)之間的尾流影響，本次設(shè)計(jì)考慮在兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之間設(shè)置一定的風(fēng)速恢復(fù)距離。在計(jì)算分析過(guò)程中，當(dāng)逐步增大兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的距離時(shí)，風(fēng)電機(jī)組之間的尾流影響值也逐步減小，且風(fēng)場(chǎng)間距增大到一定程度后間距增大尾流影響減小緩慢?？紤]到黑崖子西后期風(fēng)機(jī)布置，本次黑座子西風(fēng)電場(chǎng)和已建成的黑座子風(fēng)電場(chǎng)之間預(yù)留1.3km的間距。5.3年上網(wǎng)電量估算理論年發(fā)電量計(jì)算根據(jù)黑崖子北測(cè)風(fēng)塔2008.07?2009.06實(shí)測(cè)資料及風(fēng)機(jī)布置方案，推薦機(jī)型華銳SL113-3000/90當(dāng)?shù)乜諝饷芏?1.017kg/m3)下的功率曲線和推力系數(shù)，利用WASP9.0軟件進(jìn)行發(fā)電量計(jì)算，得到黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)機(jī)的理論年發(fā)電量和風(fēng)機(jī)尾流影響后(計(jì)算時(shí)不僅考慮了本風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)之間的尾流影響，而且考慮了黑崖子一期、黑崖子二期風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的尾流影響)的年發(fā)電量。風(fēng)電機(jī)組利用率根據(jù)目前不同風(fēng)電機(jī)組的制造水平和本風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際條件，本次設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)可利用率采用95%。風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率風(fēng)電機(jī)組廠家對(duì)功率曲線的保證率一般為95%，本次在計(jì)算發(fā)電量時(shí)采用當(dāng)?shù)乜諝饷芏?.017kg/m3下風(fēng)電機(jī)組功率曲線，本次功率曲線的保證率取94%。控制與湍流影響折減當(dāng)風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，風(fēng)機(jī)的葉片與機(jī)艙也逐漸要隨著轉(zhuǎn)變，但實(shí)際運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，因此在計(jì)算電量時(shí)要考慮此項(xiàng)折減。本風(fēng)電場(chǎng)湍流強(qiáng)度介于0.05?0.07,湍流強(qiáng)度較小。本風(fēng)場(chǎng)此兩項(xiàng)折減系數(shù)取4%。葉片污染折減葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動(dòng)特性下降?？紤]本風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)受當(dāng)?shù)毓I(yè)污染影響為主，空氣質(zhì)量較好，葉片污染折減系數(shù)取1%。氣候影響停機(jī)玉門(mén)鎮(zhèn)氣象站(1971?2000年)30年實(shí)測(cè)極端最高溫度為36°C；實(shí)測(cè)極端最低溫度為-35C。經(jīng)調(diào)查甘肅潔源三十里井子風(fēng)電場(chǎng)與甘肅大唐低窩鋪風(fēng)電場(chǎng)，在(2008年1月21日?2008年2月9日)時(shí)間段，甘肅潔源三十里井子風(fēng)電場(chǎng)使用的常溫型風(fēng)機(jī)因低溫停機(jī)兩周，甘肅大唐低窩鋪風(fēng)電場(chǎng)使用的低溫型風(fēng)機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)因低溫而停機(jī)的情況。因此根據(jù)本風(fēng)場(chǎng)的氣候特性，參考其他工程取氣候影響停機(jī)折減系數(shù)：低溫型風(fēng)機(jī)折減系數(shù)取2%，常溫型風(fēng)機(jī)折減系數(shù)取2.5%，由于本次確定機(jī)型為低溫型風(fēng)機(jī)，因此氣候影響折減系統(tǒng)取2%。廠用電、線損等能量損耗初步估算廠用電和輸電線路、箱式變電站損耗占總發(fā)電量的5%。電網(wǎng)波動(dòng)影響考慮到酒泉地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量較大，建成后對(duì)電網(wǎng)影響較大。本次電網(wǎng)波動(dòng)折減系數(shù)取2%。其它因素影響考慮風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中遇到一些其它的影響因素，暫按1%考慮。經(jīng)以上綜合折減后，黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)工程推薦機(jī)型發(fā)電量成果見(jiàn)表5.4。

表5.4 黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)工程推薦機(jī)型發(fā)電量計(jì)算表-.機(jī)型項(xiàng)目 ”-一------\一___萬(wàn)案1方案2萬(wàn)案3萬(wàn)案4方^案5萬(wàn)案6FD93B/2000FD93B/2000GW100/2500GW100/2500SL3000/113SL3000/113單機(jī)容量（kW）200020002500250030003000本期工程機(jī)組臺(tái)數(shù)（臺(tái)）242419191616風(fēng)機(jī)高度（m）69808010090100本期工程總裝機(jī)容量（kW）484847.547.54848上網(wǎng)電量（萬(wàn)kW?h）9991.610186.810183.510671.510470.510574.6利用小時(shí)數(shù)（h）208221222144224721812203容量系數(shù)0.240.240.240.260.250.25由表5.4可看出，推薦方案5華銳SL113-3000/90機(jī)型年上網(wǎng)電量為10470.5萬(wàn)kW.h，年利用小時(shí)數(shù)為2181h，容量系數(shù)為0.25。黑崖子西風(fēng)電場(chǎng)工程單機(jī)發(fā)電量計(jì)算表見(jiàn)表5.5。

風(fēng)機(jī)編號(hào)風(fēng)機(jī)型號(hào)輪轂高度理論發(fā)電量尾流影響系數(shù)扣除尾流影響發(fā)電量控制與湍流影響折減葉片污染折減利用率折減功率曲線折減耗損及場(chǎng)用電折減氣彳a0.040.010.050.060.05Cm萬(wàn)kw.h%萬(wàn)kw.h萬(wàn)kw.h萬(wàn)kw.h萬(wàn)kw.h萬(wàn)kw.h萬(wàn)kw.h萬(wàn)HD49SL113-3000/9090944.24.2%904.3868.1859.1813.9759.6714.46；HD50SL113-3000/9090940.37.5%869.8835.0826.3782.8730.6687.16(HD51SL113-3000/9090943.48.7%861.3826.9818.2775.2723.5680.46,HD52SL113-3000/9090945.29.1%859.6825.2816.6773.7722.1679.16,HD53SL113-3000/9090943.58.6%862.4827.9819.3776.2724.4681.36,HD54SL113-3000/9090943.66.7%880.8845.6836.8792.8739.9695.