風力發電工程項目研究設計與開發論文-wenkub

　

【正文】 風電場區及周圍 5km 半徑范圍內其地形高度差小于 5m，同時地形最大坡度小于 3176。在利用 WAsP軟件進行風能資源評估分析計算時，海拔的高度間接對風力發電機組發電量的計算驗證起重要作用 第三節 風電場微觀選址 微觀選址是在宏觀選址中選定的小區域中確定如何布置風力發電機組，使整個風電場具有較好的經濟效益。 13. 溫度、氣壓、濕度 XX 本科畢業設計說明書 7 溫度、氣壓、濕度的變化會引起空氣密度的變化從而改變了風功率密度，由此改變風力發電機組的發電量。另外，考慮風電場對人類生活等方面的影響如風力發電機組運行會產生噪聲及葉片飛出傷人等，風電場應遠離人口密集區。要有詳細的反映該地區的水文地質資料并依照工程建設標準進行評定。如多山丘區、密集樹林區、開闊平原地、水域或兼有等。如設備運輸、裝備、備件運送等。但是，在選址時，有時不可避免地要將風力發電機組安裝在這些地區，此時，在進行風力發電機組設計時就應將這些因素考慮進去，要對歷年來出現的冰凍、沙暴情況XX 本科畢業設計說明書 6 及其出現的頻度進行統計分析，并在風力發電機組設計時采取相應措施。 災害性天氣包括強風暴（ 如強臺風、龍卷風等）、雷電、沙暴、覆冰、鹽霧等，對風力發電機組具有破壞性，如強風暴沙暴會使葉片轉速增大產生過發，葉片失去平衡而增加機械磨擦導致機械部件損壞，降低風力發電機組使用壽命，嚴重時會使風力發電機組破壞；多雷電區會使風力發電機組遭受雷擊從而造成 風力發電機組毀壞；多鹽霧天氣會腐蝕風力發電機組部件從而降低風力發電機組部件使用壽命；覆冰會使風力發電機組葉片及其測風裝置發生結冰現象，從而改變了葉片翼型，由此改變了正常的氣動力出力，減少風力發電機組出力，葉片積冰會引起葉片不平衡和振動，增加疲勞負荷，嚴重時會改變風輪固有頻率，引起共振，從而減少風力發電機組壽命或造成風力發電機組嚴重損壞；葉片上的積冰在風力發電機組運行過程中會因風速、旋轉離心力而甩出，墜落在風力發電機組周圍，危及人員和設備自身安全，測風傳感器結冰會給風力發電機組提供錯誤信息從而使風力發電機組產 生誤動作，等等。 4. 風力發電機組高度范圍內風垂直切變要小 風力發電機組選址時要考慮因地面粗糙度引起的不同風速廓線，當風垂直切變非常大時，對風力發電機組運行十分不利。一般來說，根據氣候和地理特征，某一地區基本上只有一個或兩個盛行主風向且幾乎方向相反，這種風向對風力發電機組排布非常有利，考慮因素較少，排布也相對簡單。因此如何選擇有利的氣象條件，力求最大限度發揮風力發電機組效益，有著重要的意義。但是，風能應用實際工作中，首先應予考慮的是如何選擇好風力發電機組的安裝場地。 用時間 年 風能可利用時間是指一年中風力發電機組在有效風速范圍（一般取3~25m/s）內的運行時間。風功率密度的計算可依據該地區多年的氣象站數據和當地測風設備的實際測量數據進行；也可利用 WAsP 軟件對風速風向數據進行精確的分析處理后計算。風能資源的統計分析及年平均風速的計算要依據該地區多年的氣象站數據和當地測風設備 的實際測量數據進行（氣象資料數據要統計 30 年以上的數據，至少 10 年的每小時或每 10min 風速數據表，采樣間隔為 1m/s；現場測風設備的實際測量數據統計方式要與氣象站提供數據相一致，統計時間為至少 1 年）。由于風的隨機性，計算時一般按年平均來進行計算。只有對風能資源進行詳細細致的考察評估并對其進行處理計算，才能了解當地的風勢風況。 二、風能資源評估參數 建設風電場，選定合適的場址是至關重要的。 一般， 測風方案依選址的目的而不同，若是要求在選定區域內確定風電場場址，則可以采用臨時方案，安裝一個或幾個單層安裝測風儀的臨時塔。氣壓和溫度，每個風電場場址只需安裝一套氣壓傳感器和溫度傳感器，其塔上安裝高度為 2~3m。在選擇位置時應充分考慮地形和障礙物影響。 為進行精確的風力發電機組微觀選址，現場所安裝測風塔的數量一般不能少于 2 座。內容包括風速、風向的統計值和溫度、氣壓。有關風電場宏觀選址見本章第二節。有關風功率密度級及風能可利用區的劃分方法見第一章第三節。 一、 風能資源評估步驟 對某一地區進行風能資源評估，為風電場建設項目前期所必須進行的重要工作。風能資源的評估是建設風電場成敗的關鍵所在。風電場的規劃設計，屬風電場建設項目的前期工作，需要綜合考慮許多方面，包括風能資源的評估、風電場的選址、風力發電機組機型選擇和設計參數、裝機容量的確定、風電場風力發電機組微觀選址、風電場聯網方式選擇、機組控制方式、土建及電氣設備選擇及方案確定、后期擴建可能性、經濟效益分析等因素。其中，對風能資源進行精確的評估，則直接關系到風電場效益，是風電場建設成功與否的關鍵。隨著風力發電技術的不斷完善，根據國內外大型風電場的開發建設經驗，為保證風力發電機組高效率穩定地運行，達到預期目的，風電場場址必須具備有較豐富的風能資源。風能資源評估分如下幾個階段： 、整理分析 從地方各級氣象臺、站及 有關部門收集有關氣象、地理及地質數據資料，對其進行分析和歸類，從中篩選出具代表性的完整的數據資料。 風電場宏觀選址遵循的原則一般是，應根據風能資源調查與分區的結果，選擇 最有利的場址，以求增大風力發電機組的出力，提高供電的經濟性、穩定性和可靠性；最大限度地減少各種因素對風能利用、風力發電機組使用壽命和安全的影響；全方位考慮場址所在地對電力的需求XX 本科畢業設計說明書 2 及交通、電網、土地使用、環境等因素。 一般，氣象臺、站提供的數據只是反映較大區域內的風氣候，而且，數據由于儀器本身精度等問題，不能完全滿足風電場精確選址及風力發電機組微觀選址的要求。這通過在場區設立單個或多個測風塔進行。若條件許可，對于地形相對復雜的地區應增至 4~8 座。如果測風塔必須位于 障礙物附近，則在盛行風向的下風向與障礙物的水平距離不應少于該障礙物高度的 10 倍處安置；如果測風塔必須設立在樹木密集的地方，則至少應高出樹木頂端 10m。 測風設備的安裝和管理應嚴格按氣象測量標準進行。該塔可以是固定的，也可以是移動的，測風儀應安裝在 lorn 和大約風力發電機組輪轂高度處（ 30m~70m）；若測風的目的是要對風電XX 本科畢業設計說明書 3 場進行長期風況測量及對風電場風力發電機組進行產量測算，則應采用設立多層測風塔長期測量有關數據，測風儀應安裝在 10m、 30m、 50m、70m 高度甚至更高。場址選擇的正確與否將直接關系到許多方面的因素，近則運輸、施工、安裝及環境等方面，遠則將來的風力發電機組出力及產量至風電場效益。風能資源分析評估是設計選擇建 設風電場首要的條件。年平均風速是全年瞬時風速的平均值。 由風能公式可知，風功率密度只和空氣密度和風速有關，對于特定地點，當空氣密度視為常量時，風功率密度只由風速決定。 XX 本科畢業設計說明書 4 風向及其變化范圍決定風力發電機組在風電場中的確切的排列方式，風力發電機組的排列方式很大程度地決定各臺風力發電機組的出力，從而決定風電場的發電效率，因此，主要盛行風向及其變化范圍要精確。一般年風能可利用小時數大于 2020h 的地區為風能可利用區。場址選擇的好壞，對能否達到風能應用所要達到的預期目的及達到的程度，起著至關 重要的作用。本節主要從氣象角度考慮如何進行風電場選址。但是，也有這種情況，就是雖然風況較好，但沒有固定的盛行風向，這對風力發電機組排布尤其是在風力發電機組數量較多時帶來不便，這時，就要進行各方面綜合考慮來確定最佳排布方案。 由于風是隨機的，加之場地表面粗糙的地面和附近障礙物的影響，由此產生的無規則的湍流會給風力發電機組及其出力帶來無法預計的危害：減小了可利用的風能；使風力發電機組產生振動；葉片受力不均衡，引起部件機械磨損，從而縮短了風力發電機組的壽命，嚴重時使葉片及部分部件受到 不應有的毀壞等等。此外，由于冰凍和沙暴，會使測風儀器的記錄出現誤差。 要考慮電網現有容量、結構及其可容 納的最大容量，以及風電場的上網規模與電網是否匹配的問題；風電場應盡可能靠近電網，從而減少電損和電纜鋪設成本。 通常，風電場對動物特別是對飛禽及鳥類有傷害，對草原和樹林也有些損害。地形單一，則對風的干擾低，風力發電機組無干擾地運行在最佳狀態；反之，地形復雜多變，產生擾流現象嚴重，對風力發電機組出力不利。 從長遠考慮，風電場選址要遠離強地震帶、火山頻繁爆發區，以及具有考古意義及特殊使用價值的地區。有關規范規定風力發電機組離居民區的最小距離應使居民區的噪聲小于 45dB（ A），該噪聲可 被人們所接受。在收集氣象站歷年風速風向數據資料及進行現場測量的同時應統計溫度、氣壓、濕度。一般，風電場選址研究需要兩年時間，其中現場測風應有至少一年以上的數據。實際上，對于周圍特別是場址的盛行風的上（來）風方向，沒有大的山丘或懸崖之類的地形，仍可作為平坦地形來處理。當氣流流過障礙物時，由于障礙物對氣流的阻礙和遮蔽作用，會改變氣流的流動方向和速度。 由于氣流流過障礙物時，在障礙物的下游會形成尾流擾動區，然后逐漸衰弱。作為一般法則，障礙物的寬度 b 與高度 h 比 b/A≤5 時，在障礙物下風方向可產生 20 倍障礙物高度 h 的強的擾動尾流區，寬度比越小減弱越快，寬度 b 越大，尾流區越長。因此如果必須在這個區域內安裝風力發電機組，則風力發電機組安裝高度至少應高出地面 2 倍障礙物高度。 二、復雜地形 復雜地形是指平 坦地形以外的各種地形，大致可以分為隆升地形和低凹地形兩類。但如果了解了典型地形下的風力分布規律就有可能進一步分析復雜地形下的風電場分布。新疆阿拉山口風區，屬中國有名的大風區，因其地形的峽谷效應，使風速得到很大的增強。這種盛行風向是指大地形下的盛行風向，而不能按山谷本身局部地形的風向確定。另一方面，由于地形變化劇烈，所以會產生強的風切變和湍流，在選址時應該注意。同時山丘本身又相當于一個巨大的塔架，是比較理想的風 力發電機組安裝場址。應避免在整個背風面及山麓選定場址，因為這些區域不但風速明顯降低，而且有強的湍流。 從上面對復雜地形的介紹及分析可以看出，雖然各種地形 風速變化有一定的規律，但做進一步的分析還存在一定的難度，因此，應在當地建立測風塔，利用實際風和測量值來與原始氣象數據比較，作出修正后再確定具體方案。如果排列過密，風力發電機組間 的相互影響將會大幅度地降低排列效率，減少年發電量，并且產生的強紊流將造成風力發電機組振動，惡化受力狀態；反之，如果排列過疏，不但年發電量增加很少，而且增加了道路、電纜等投資費用及土地利用率。根據國外進行的試驗，風力發電機組間距離為其風輪直徑 的 10 倍時，風力發電機組效率將減少約20%~30%， 20 倍距離時無任何影響。 對復雜地形 如山區、山丘等，不能簡單地根據上述原則確定風力發電機組位置，而是根據實際地形，測算各點的風力情況后，經綜合考慮各方因素如安裝、地形地質等，選擇合適的地點進行風力發電機組安裝。 WAsP 是由丹麥國家實驗室風能應用開發部開發出來的風能資源分析處理軟件，主要用于對某地風能資源進行評估，正確地選擇風電場場址。 2. WAsP 的輸入數據 1）氣象數據輸入 應提供 3 年以上的統計數據，最少 1 年，由當地氣象臺、站提供。 WAsP 將風向數據歸類劃分到 0176。~30176。依地形條件，粗糙度依不同地形層次可以分為若干等級，在一定距離內，地表面越復雜，或粗糙度變化層次越多，則粗糙度越大，對風的影響就越大。例如，某一個扇區地形的四個分區內的粗糙等級分別是 0、 0、 3，即在這個扇區內的地形粗糙度等級 0出現的次數為 2，粗糙度等級 2 和 3 出現的次數分別為 1，則其 ZOR為；同理，當粗糙等級分別是 3 時，則其 ZOR為 。為便于計算，一般將障礙物近似視為具有一定長度、寬度和高度的矩形物來考慮。 4）復雜地形數據輸入 復雜地形對風的影響可以由高靈敏度的 “ 上升式 ”極坐標網表示并輸入。 由此可知， WAsP 可以充分估算出某一給定點的風能資源情況，對風電場選址及風力發電機組排列有重要指導意義。當驗證風力發電機組排布是否合理，哪一種排布方式最理想時，可利用丹麥國家實驗室開發的繼風能資源分析處理軟件 WAsP 之后的 PARK 軟件（風電場風力發電機組尾流計算及最佳排列計算軟件）或英國 GH有限公司開發的 WindFarmer軟件（風電場設計和優化軟件）進行。在國外，尤其在歐洲國家，已得到了廣泛應用。在前期工作中，項目建議書的作用主要體現在三個方面： 。項目建議書經過批準，項目才能列入長期計劃和前期工作計劃。 ，在項目建議書批準后，方可開展對外工作。因此，其工作依據主要是國民經 濟和社會發展的長遠規劃、行業規劃、地區規劃、技術進步的方針、國家產業政策、技術裝備政策、生產力布局狀況、自然資源狀況等宏觀信息資料，以及同類已建風電場項目的有關數據和其他經驗數據。 XX 本科畢業設計說明書 15 在編制風電場項目 建議書階段需要運用和計算的指標不多，而且大多采用靜態指標，對一般數據的精度要求不高。 基本內容： 1） 投資項目的必要 性和依據； 2） 擬建規模和建設地點的初步設想； 3） 資源