風力發(fā)電工程項目研究設計與開發(fā)論文-展示頁

　　

【正文】 ，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。一般來說，只有年平均風速大于 6m/s（合 4 級風）的地區(qū)才適合建設風電場。年平均風速是全年瞬時風速的平均值。分月平均風速和年平均風速。風能資源分析評估是設計選擇建 設風電場首要的條件。而要確定正確的風電場址，首先，進行精確的風能資源評估分析是非常關鍵的。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(huán)境等方面，遠則將來的風力發(fā)電機組出力及產(chǎn)量至風電場效益。有關微觀選址內(nèi)容見本章第三節(jié) “風電場微觀選址 ”。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(fā)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(yè)設計說明書 3 場進行長期風況測量及對風電場風力發(fā)電機組進行產(chǎn)量測算，則應采用設立多層測風塔長期測量有關數(shù)據(jù)，測風儀應安裝在 10m、 30m、 50m、70m 高度甚至更高。）、氣壓（ hPa）、溫度（ ℃ ）。 測風設備的安裝和管理應嚴格按氣象測量標準進行。一般測風塔上測風儀數(shù)量可根據(jù)上述目的及地形確定。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。測風應在空曠地進行，盡量遠離高大樹木和建筑物。若條件許可，對于地形相對復雜的地區(qū)應增至 4~8 座。有關風況觀測詳細描述見第一章的第三節(jié) “風的測量 ”。這通過在場區(qū)設立單個或多個測風塔進行。 現(xiàn)場測風應連續(xù)進 行，時間至少 1 年以上，有效數(shù)據(jù)不得少于 90%。 一般，氣象臺、站提供的數(shù)據(jù)只是反映較大區(qū)域內(nèi)的風氣候，而且，數(shù)據(jù)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(fā)電機組微觀選址的要求。這一般通過利用收集到的該區(qū)氣象臺、站的測風數(shù)據(jù)和地理地質(zhì)資料并對其分析、到現(xiàn)場詢問當?shù)鼐用瘛⒖疾斓匦?地貌特征如長期受風吹而變形的植物、風蝕地貌等手段來進行定性，從而確定風電場場址。 風電場宏觀選址遵循的原則一般是，應根據(jù)風能資源調(diào)查與分區(qū)的結(jié)果，選擇 最有利的場址，以求增大風力發(fā)電機組的出力，提高供電的經(jīng)濟性、穩(wěn)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(fā)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(yè)設計說明書 2 及交通、電網(wǎng)、土地使用、環(huán)境等因素。 對收集到的資料進行進一步分析，按標準劃分風能區(qū)域及其風功率密度等級，初步確定風能可利用區(qū)。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(zhì)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)資料。本節(jié)對風能資源測量及評估過程作一介紹。隨著風力發(fā)電技術的不斷完善，根據(jù)國內(nèi)外大型風電場的開發(fā)建設經(jīng)驗，為保證風力發(fā)電機組高效率穩(wěn)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。 第一節(jié) 風能資源的 評估 眾所周知，風況是影響風力發(fā)電經(jīng)濟性的一個重要因素。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。XX 本科畢業(yè)設計說明書 1 風力發(fā)電工程項目研究設計與開發(fā) 第一章 場址選擇 風電場建設項目，其實施是一個較復雜的綜合過程。風電場的規(guī)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(fā)電機組機型選擇和設計參數(shù)、裝機容量的確定、風電場風力發(fā)電機組微觀選址、風電場聯(lián)網(wǎng)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(jīng)濟效益分析等因素。本章就風能資源評估和風電場微觀選址問題進行描述。風能資源的評估是建設風電場成敗的關鍵所在。由此，對風能資源進行詳細的勘測和研究越來越被人們所重視。 一、 風能資源評估步驟 對某一地區(qū)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。能反映某地風氣候的多年（ 10 年以上，最好 30 年以上）平均值和極值，如平均風速和極端風速，平均和極端（最低和最高）氣溫，平均氣壓，雷暴日數(shù)以及地形地貌等。有關風功率密度級及風能可利用區(qū)的劃分方法見第一章第三節(jié)。 根據(jù)風能資源普查結(jié)果，初步確定幾個風能可利用區(qū)，分別對其風能資源進行進一步分析、對地形地貌、地質(zhì)、交通、電網(wǎng)及其他外部條件進行評價，并對各風能可利用區(qū)進行相關比較，從而選出并確定最合適的風電場場址。有關風電場宏觀選址見本章第二節(jié)。因此，為正確評價已確定風電場的風能資源情況，取得具有代表性的風速風向資料，了解不同高度處風速風向變化特點，以及地形地貌對風的影響，有必要對現(xiàn)場進行實地測風，為風電場的選址及風力發(fā)電機組微觀選址提供最準確有效的數(shù)據(jù)。內(nèi)容包括風速、風向的統(tǒng)計值和溫度、氣壓。塔的數(shù)量依地形和項目的規(guī)模而定。 為進行精確的風力發(fā)電機組微觀選址，現(xiàn)場所安裝測風塔的數(shù)量一般不能少于 2 座。測風塔應盡量設立在最能代表并反映風電場風能資源的位置。在選擇位置時應充分考慮地形和障礙物影響。 為確定風速隨高度的變化（風剪切效應），得到不同高度風速可靠的風速值，一座測風塔上應安裝多層測風儀。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。測量內(nèi)容為風速（ m /s）、風向（ 176。 一般， 測風方案依選址的目的而不同，若是要求在選定區(qū)域內(nèi)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。 場址選定后，根據(jù)地形地質(zhì)情況、外部因素和現(xiàn)場實測風能資源分析結(jié)果，在場區(qū)內(nèi)對 風力發(fā)電機組進行定位排布。 二、風能資源評估參數(shù) 建設風電場，選定合適的場址是至關重要的。而這當中，風力發(fā)電機組發(fā)電量又是決定風電場效益好壞的最直接的決定因素。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?shù)氐娘L勢風況。以下為在進行風能資源評估及風電場選址時，所要考慮的幾個主要指標及因素： 平均風速是最能反映當?shù)仫L能資源情況的重要參數(shù)。由于風的隨機性，計算時一般按年平均來進行計算。年平均風速越高，則該地區(qū)風能資源越好，安裝風力發(fā)電機組的單機容量也可相應提高，風力發(fā)電機組出力也好。風能資源的統(tǒng)計分析及年平均風速的計算要依據(jù)該地區(qū)多年的氣象站數(shù)據(jù)和當?shù)販y風設備 的實際測量數(shù)據(jù)進行（氣象資料數(shù)據(jù)要統(tǒng)計 30 年以上的數(shù)據(jù)，至少 10 年的每小時或每 10min 風速數(shù)據(jù)表，采樣間隔為 1m/s；現(xiàn)場測風設備的實際測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式要與氣象站提供數(shù)據(jù)相一致，統(tǒng)計時間為至少 1 年）。 由于風速具有隨機性，其每時每刻都在變化，故不能使用某個瞬時風速值來計算風功率密度，只有使用長期風速觀測資料才能反映其規(guī)律。風功率密度的計算可依據(jù)該地區(qū)多年的氣象站數(shù)據(jù)和當?shù)販y風設備的實際測量數(shù)據(jù)進行；也可利用 WAsP 軟件對風速風向數(shù)據(jù)進行精確的分析處理后計算。同平均風速一樣，風向的統(tǒng)計分析也要依據(jù)多年的氣象站數(shù)據(jù)和當?shù)販y風設備的實際測量數(shù)據(jù)進行。 用時間 年 風能可利用時間是指一年中風力發(fā)電機組在有效風速范圍（一般取3~25m/s）內(nèi)的運行時間。 第二節(jié) 風電場宏觀選址 風電場宏觀選址過程是從一個較大的地區(qū)，對氣象條件等多方面進行綜合考察后，選擇一個風能資源豐富、而且最有利用價值的小區(qū)域的過程。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(fā)電機組的安裝場地。 當然，還應考慮經(jīng)濟、技術、環(huán)境、地質(zhì)、交通、生活、電網(wǎng)、用戶等諸多方面的問題。因此如何選擇有利的氣象條件，力求最大限度發(fā)揮風力發(fā)電機組效益，有著重要的意義。 宏觀選址主要按如下條件進行： 所謂風能質(zhì)量好的地區(qū)是： 1）年平均風速較高； 2）風功率密度大； 3）風頻分布好； 4）可利用小時數(shù)高。一般來說，根據(jù)氣候和地理特征，某一地區(qū)基本上只有一個或兩個盛行主風向且?guī)缀醴较蛳喾矗@種風向?qū)︼L力發(fā)電機組排布非常有利，考慮因素較少，排布也相對簡單。 XX 本科畢業(yè)設計說明書 5 在選址考慮風向影響時，一般按風向統(tǒng)計各個風速的出現(xiàn)頻率，使用風速分布曲線來描述各風向方向上的風速分布，作出不同 的風向風能分布曲線，即風向玫瑰圖和風能玫瑰圖。 4. 風力發(fā)電機組高度范圍內(nèi)風垂直切變要小 風力發(fā)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(fā)電機組運行十分不利。因此，在選址時，要盡量使風力發(fā)電機組避開粗糙的地表面或高大的建筑障礙物。 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(fā)電機組具有破壞性，如強風暴沙暴會使葉片轉(zhuǎn)速增大產(chǎn)生過發(fā)，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(fā)電機組使用壽命，嚴重時會使風力發(fā)電機組破壞；多雷電區(qū)會使風力發(fā)電機組遭受雷擊從而造成 風力發(fā)電機組毀壞；多鹽霧天氣會腐蝕風力發(fā)電機組部件從而降低風力發(fā)電機組部件使用壽命；覆冰會使風力發(fā)電機組葉片及其測風裝置發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)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(fā)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(fā)電機組壽命或造成風力發(fā)電機組嚴重損壞；葉片上的積冰在風力發(fā)電機組運行過程中會因風速、旋轉(zhuǎn)離心力而甩出，墜落在風力發(fā)電機組周圍，危及人員和設備自身安全，測風傳感器結(jié)冰會給風力發(fā)電機組提供錯誤信息從而使風力發(fā)電機組產(chǎn) 生誤動作，等等。風速儀上的冰會改變風杯的氣動特性，降低了轉(zhuǎn)速甚至會凍住風杯，從而不能可靠地進行測風和對潛在風電場風能資源進行正確評估。但是，在選址時，有時不可避免地要將風力發(fā)電機組安裝在這些地區(qū)，此時，在進行風力發(fā)電機組設計時就應將這些因素考慮進去，要對歷年來出現(xiàn)的冰凍、沙暴情況XX 本科畢業(yè)設計說明書 6 及其出現(xiàn)的頻度進行統(tǒng)計分析，并在風力發(fā)電機組設計時采取相應措施。 要考慮所選定風電場交通運輸情況，設備供應運輸是否便利，運輸路段及橋梁的承載力是否適合風力發(fā)電機組運輸車輛等。如設備運輸、裝備、備件運送等。為了保護生態(tài)，在選址時應盡量避開鳥類飛行路線，候鳥及動物停留地帶及動物筑巢區(qū)，盡量減少占用植被面積。如多山丘區(qū)、密集樹林區(qū)、開闊平原地、水域或兼有等。驗證地形對風電場風力發(fā)電機組出力產(chǎn)生影響的程度，通過考慮場區(qū)方圓 50km（對非常復雜地區(qū)）以內(nèi)地形粗糙度及其變化次數(shù)、障礙物如房屋樹林等的高度、數(shù)字化山形圖等數(shù)據(jù)，還有其他如上所述的風速風向統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，利用 WAsP 軟件的強大功能進行分析處理。要有詳細的反映該地區(qū)的水文地質(zhì)資料并依照工程建設標準進行評定。應收集歷年有關部門提供的歷史記錄資料。另外，考慮風電場對人類生活等方面的影響如風力發(fā)電機組運行會產(chǎn)生噪聲及葉片飛出傷人等，風電場應遠離人口密集區(qū)。另外，風力發(fā)電機組離居民區(qū)和道路的安全距離從噪聲影響和安全考慮，單臺風力發(fā)電機組應遠離居住區(qū)至少 200m。 13. 溫度、氣壓、濕度 XX 本科畢業(yè)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(fā)電機組的發(fā)電量。在利用 WAsP軟件對風速風向進行精確計算的同時，利用溫度、氣壓、濕度的最大、最小及平均值進行風力發(fā)電機組發(fā)電量的計算驗證。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(fā)電機組發(fā)電量的計算驗證起重要作用 第三節(jié) 風電場微觀選址 微觀選址是在宏觀選址中選定的小區(qū)域中確定如何布置風力發(fā)電機組，使整個風電場具有較好的經(jīng)濟效益。國內(nèi)外的經(jīng)驗教訓表明，由于風電場選址的失誤造成發(fā)電量損失和增加維修費用將遠遠大于對場址進行詳細調(diào)查的費用。 風力發(fā)電機組微觀選址時的一般選擇如下： 一、 平坦地形 平坦地形可以定義為，在風電場區(qū)及周圍 5km 半徑范圍內(nèi)其地形高度差小于 5m，同時地形最大坡度小于 3176。 對平坦地形，在場址地區(qū)范圍內(nèi)，同一高度上的風速分布可以看作是均勻的，可以直接使用鄰近氣象臺、站的風速觀測資料來對場址區(qū)進行風能估算，這種平坦地形下，風的垂直方向上的廓線與地表面粗糙度有著直接 關系，計算也相對簡單。 2. 障礙物的影響 如前所述，障礙物是指針對某一地點存在的相對較大的物體，如房屋等。障礙物和地形變化會影響地面粗糙度，風速的平均擾動及風輪廓線對風的結(jié)構(gòu)都有很大的影響，但這種影響有可能是有利的（形成加速區(qū)），也可能是不利的（產(chǎn)生尾流、風擾動）。 一般來說，沒有障礙物且絕對平整的地形是很少的，實際上必須要XX 本科畢業(yè)設計說明書 8 對影響 風的因素加以分析。在尾流區(qū)，不僅風速會降低，而且還會產(chǎn)生很強的湍流，對風力發(fā)電機組運行十分不利。 尾流的大小、延伸長度及強弱跟障礙物大小與形狀有關。極端情況時即 bh 時，尾流區(qū)長度可達 35 倍障礙物高度 h。當風力發(fā)電機組風輪葉片掃風最低點為 3 倍障礙物高度 h 時，障礙物在高度上的影響可以忽略。另外，由于障礙物的阻擋作用，在上風向和障礙物的外側(cè)也會造成湍流渦動區(qū)。 如果風力發(fā)電機組前有較多的障礙物時，平均風速由于障礙物的多少和大小而相應變化，此時地面影響必須嚴格考慮，如通過修正地面粗糙度等。局部地形對風力有很大的影響。復雜地形下的風力特性的分析是相當困難