风电场选址及运行维护培训课件

➢ 根据风电场址的地形、地质特点、风资源分布情况，以及风力发 电机组技术成熟、先进、可靠等要求，选择多种适合的机型，按 单一机型方案进行风力发电机组的优化布置。
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1风力发电机组选型
➢ 1.3 风电机组总体布置
➢ 布置机位时需要考虑地形地貌、主导风向与主导风能方向、地 面障碍物等影响因素。具体布置时因地制宜，根据风电场地形 条件、建设规模、风力发电机组的型号及装机的台数进行优化 布置，实现在有限的场区范围内达到最大的上网发电量和最低 成本的目标。
发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，塔筒与基 础加固引起的基本投资增加。结合各风机厂家现在的生产情况、 技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对不同机型不同轮毂 高度的发电量与经济性进行综合比较，推荐比选的几种机型的轮 毂安装高度 。
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2不同机型发电量估算
➢2.1 年理论发电量及单机尾流的计算
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2不同机型发电量估算
➢2.6 功率曲线折减
➢ 考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般为95%， 在计算发电量时应予以考虑，因此取风电机组功率曲 线保证率95%。
➢2.7 场用电、线损等能量损耗
➢ 根据风电场地形复杂程度，地势起伏情况，集电线路 能量损耗大小。估算场用电和输电线路、机组变电站 损耗占总发电量的百分比，一般能量损耗系数为95% 左右。
➢ 根据风电场65～85m轮毂高度处50年一遇最大风速，风电场风 机轮毂高度处15m/s风速区间的湍流强度，判定风电场工程可以 选择的风力发电机组类别。
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1风力发电机组选型
➢ 1.1 风能资源分析
风力机等级的基本参数
Vref为10min平均参考风速，风力发电机组s级设计是在近海安 装的特殊条件，其他为标准等级，设计寿命至少20年。
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2不同机型发电量估算
➢2.8 气候影响停机
➢ 根据风电场区域冬季低温气温天数、风力发电机组适 应的温度范围等情况，当风场的气温超出它的适应范 围，风机将不再发电。低温环境下，风机的运行效率 有所下降，且风机停机再启动需要温度回升区间。另 外当气温下降到-10℃时风机的润滑系统也将会受到影 响，0℃以下叶片表面结冰也会影响风机翼型的气动性 能，使发电量降低。一般北方寒冷地区风电场低温气 候影响折减按95%左右考虑。
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第一节 风能资源的评估
➢ 2.风廓线 因为气体的粘性及地表的粗糙度的不同，风速沿高度 方向是变化的，符合对数和指数分布规律。
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第一节 风能资源的评估
3.风功率密度
与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。 它和空气密度和风速有关。风功率密度越高，该地区风能
资源越好，风能利用率越高。
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第一节 风能资源的评估
2.风能资源普查分区
以整理得到的气象数据为依据，按标准划分 风能区域及其风功率密度等级，初步确定风能 可利用区。
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第一节 风能资源的评估
3.风电场宏观选址
根据风能资源普查结果并结合现场踏勘，对初选的 风能可利用区的地形地貌、地质、交通、电网及其他 外部条件进行评估比较，结合选择最合适的区域。
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第一节 风能资源的评估
功率 kW 2500
WTG1000
WTG1500B
WTG1500A
WTG1500C
WTG2000
2000
1500
1000
500
0
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 129 020 21 22 23 24 25
风速 m/s
1风力发电机组选型
➢1.2 机型范围初选
的发电量进行修正。原理上可根据风功率密度与空气密度成正比 的特点，将标准空气密度对应下的功率曲线估算的结果乘以空气 密度修正系数进行空气密度修正。当实测空气密度偏离标准空气 密度较大时，按正比关系进行修正的误差较大。
➢ 根据风电场具体风资源情况，结合各机型的功率曲线，计算不同 机型在对应轮毂高度处能达到额定功率前的理论发电量所占比例， 仅对风机满发前的发电量按照空气密度正比关系修正进行折减。
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1风力发电机组选型
➢ 1.2 机型范围初选 ➢ 风电机组选型要考虑的几个因素 ➢ 二、风电机组的运行方式
➢ 风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风 电机组的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒 定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用 系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。
➢4.风能密度 在设定时间段与风向垂直的单位面积中所 具有的能量。
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第一节 风能资源的评估
5.主要风向分布
风向及其变化范围决定风电机组在风场中的确切的排列 方式。风电机组的排列方式很大程度地决定各台机组的
出力。因此，主要盛行风向及其变化范围要准确。
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第一节 风能资源的评估
6.年风能可利用时间 指一年中风力发电机组在有效风速范围 （一般取3-25m/s）内的运行时间。一 般年风能可利用小时数大于2000h的地 区为风能可利用区。
4.风电场风况观测
气象站提供的气象数据只反映较大区域内的 风气候。为满足微观选址对代表性风速和风向 的需要，要在初选区域内树立不少于2座测风 塔进行不短于1年的测风，内容包括风速、风 向、温度、气压。测风仪应安装在测风塔的 10m、30m、50m、70m高度甚至更高。
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第一节 风能资源的评估
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第一节 风能资源的评估
➢ 在软件优化的基础上手工调整风机位置，调整风机与防护林、 村庄、线缆等地物之间的距离，考虑风机的相对集中布置，同 时将尾流效应控制在合理范围内，以充分利用土地资源与风资 源，减少集电线路长度，方便运输安装。
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1风力发电机组选型
➢ 1.4 轮毂高度优化 ➢ 计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，随着轮毂高度增加，
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2不同机型发电量估算
➢2.9 总折减系数 ➢根据上述各项折减系数，计算出不同机型对应的
➢ 根据各机型单一机组的布置方案，利用软件，计算各种 风机的年净发电量（尾流折减后），并计算风力发电机
组的尾流损失。
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2不同机型发电量估算
➢ 2.2 空气密度修正系数
➢ 由于风功率密度与空气密度成正比，在相同的风速条件下，空气 密度不同则风电机组出力不一样，风电场年上网电量估算应进行 空气密度修正。因此需要对软件在标准空气密度条件下计算得到
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1风力发电机组选型
➢ 1.2 机型范围初选
➢ 国内外风电场工程的经验表明，在现有的技术条件下，对于一个 已知场区的风电场，单机容量选择在某个确定的范围内，项目的 经济性会相对较高。在进行单机容量选择时，首先应确定一个适 合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市 场业绩良好并且经济性较高的机型。
➢ 风电机组选型要考虑的几个因素 ➢ 一、风轮输出功率控制方式
➢ 风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控 制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。变速变 桨距机型比定速定桨距机型更具优越性，它不仅能在低风速时能 够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能； 也能在高风速时根据风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提 高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。从目前市场情况看， 采用变桨距调节方式的风电机组居多。
风电场选址及运行、维护
主要内容
➢第一节 风能资源评估 ➢第二节 风电场风机选型和发电量估算 ➢第三节 风电场微观、宏观选址 ➢第四节 风资源评估常用软件介绍 ➢第五节 地形、气候对风电场的影响 ➢第六节 风力发电机组常见故障及维护
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第一节 风能资源的评估
1.资料收集及分析
从地方气象台收集气象、地理及地质数据资料。 整理该地区10年以上（最好为30年）的风速、 温度、气压平均值及极值，以及极端天气情况。
➢ 最大风速：给定时段10min内的平均风速的最大值。 ➢ 极大风速：给定时段内的瞬时（一般取3s均值）风速
的最大值。
风电行业最关心的时间段为50a，即通常所说的50a一遇。 ➢ 50年一遇极端风速是基于历史统计数据得出的一个统计数值，
这其中引入了概率的概念。 50年一遇是指可能发生，并不一 定发生，当然也并不是一定不发生。
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1风力发电机组选型
➢ 1.2 机型范围初选 ➢ 四、风力发电机组的传动方式
➢ 风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式。 目前，风力发电机大多采用齿轮传动，成本较低，但是降低了风 电转换效率、产生噪音，是造成机械故障的主要原因，而且为了 减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方 式有效地提高了系统的效率以及运行可靠性，但同时也提高了电 机的设计成本。
5.风力发电机组微观选址 在宏观选定的场址内，根据地形地质条 件、外部因素和测风塔实测风能资源分 析结果，对风电机组具体位置进行定位 排布。
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第一节 风能资源的评估
➢ 风能资源评估参数 1.平均风速（年平均风速、极端风速） 2.风廓线 3.风功率密度 4.风能密度 5.主要风向 6.年风能可利用时间 7.湍流
气动性能下降。根据风电场风沙、降雨量大小、 夏季昆虫多少、冬季叶片结冰等情况，判断可 能造成的叶片污染程度，对叶片污染折减系数 取值，一般污染系数取97%左右。
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2不同机型发电量估算
➢2.5 风电机组利用率
➢ 风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效 益的高低；风力机本身性能的好坏，也要通过维护检 修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减 少故障发生机率，提高风机运行效率。风机维护可分 为定期检修和日常排故维护两种方式。考虑风力发电 机组故障、检修对发电效率的影响，将常规检修安排 在小风月，根据目前风力发电机组的制造水平和已建 风电场的运行经验，一般风电场风力发电机组的可利 用率为95%。
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第一节 风能资源的评估
➢7.湍流
短时间（风资源评估一般取10分钟）内的风速 流动。
湍流产生的原因：
1）当空气流动时，由于地形差异造成的与地表 的摩擦； 2）由于空气密度差异和气温变化的热效应导致 空气气团的垂直运动。
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第二节 风电场风机选型和发电量估算
➢1 风力发电机组选型 ➢2 不同机型发电量估算 ➢3 不同机型综合经济比较 ➢4 机型选择推荐意见 ➢5 风电机组布置推荐方案
➢ 变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步 发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的 叶尖速比接近最佳，从而最大限度的利用风能，提高风力发电 机组的运行效率。
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1风力发电机组选型
➢1.2 机型范围初选
➢ 风电机组选型要考虑的几个因素 ➢ 三、发电机的类型
➢ 发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永 磁同步电机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常 运行中在发出有功功率的同时，需要从电力系统吸收一定的 无功功率才能正常运行(机端的电容补偿只能减少从电力系统 吸收无功功率的数量)，双馈感应型风力发电机的功率因数 (COSφ)可以在+0.95～-0.95之间变化，也就是说可以根据 电网的需要发出或者吸收无功功率，改善当地电网的电压质 量，提高电力系统的稳定水平。
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1风力发电机组选型
➢ 1.1 风能资源分析
➢ 通过Biblioteka Baidu测风塔的数据进行分析，得出代表年50m～80m高度的 年平均风速、风功率密度。根据《风电场风能资源测量方法》 （GB-T18710-2002）可以判断风功率密度等级，一般来说， 风功率密度达到3级以上，风电场才有开发价值。
➢ 各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向稳定，才有利于 风能资源的有效利用。
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第一节 风能资源的评估
1.平均风速 依据该地区多年的气象站数据及测风塔一年的测风数 据（每10分钟间隔的风速数据），计算得到年平均风 速大于6m/s（合4级风）的地区才适合建设风电场。
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第一节 风能资源的评估
➢极端风速
➢ 极端风速—较长时间内给定取样时间下风速的最大值。 风电行业表征极端风速的方式有最大风速和极大风速。
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2不同机型发电量估算
➢2.3 控制和湍流折减 ➢风电机组随风速风向的变化不断调整机组的运
行状态，实际运行中机组控制总是落后于风的 变化，使风机的输出功率减小。根据风电场湍 流强度值大小情况，对控制和湍流折减系数取 值，控制和湍流系数一般取97%左右。
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2不同机型发电量估算
➢2.4 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