如何正確選擇風(fēng)電機(jī)組及其定義、原則、影響因素詳解

正確的機(jī)組選型是風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵，風(fēng)電機(jī)組選擇的正確與否直接影響到風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

“風(fēng)電機(jī)組”選型攻略，有哪些注意事項(xiàng)？史上最全機(jī)組造型名錄！

決定風(fēng)電項(xiàng)目盈利水平的要素包括風(fēng)資源狀況、電網(wǎng)接入狀況、上網(wǎng)電價(jià)、機(jī)組選型和運(yùn)維水平等。項(xiàng)目核準(zhǔn)后，前三項(xiàng)基本已成定局，機(jī)組選型的重要性顯而易見。

正確的機(jī)組選型是風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵，風(fēng)電機(jī)組選擇的正確與否直接影響到風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

什么是機(jī)組選型？

在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選擇受到自然環(huán)境、交通運(yùn)輸、吊裝等條件的制約。

同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選擇決定了建場(chǎng)投資和發(fā)電量，風(fēng)機(jī)選型就是要在這兩者之間選擇一個(gè)最佳配合。

在技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠的前提下，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)能資源狀況，選擇經(jīng)濟(jì)上切實(shí)可行的風(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。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的好壞不僅影響風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)投資的多少，還影響投產(chǎn)后的發(fā)電量和運(yùn)行成本，最終影響上網(wǎng)電價(jià)。

機(jī)組選型的基本原則

進(jìn)行機(jī)組選型的前提是項(xiàng)目有盈利的可能。電價(jià)越高，風(fēng)資源越好，項(xiàng)目的盈利水平就越高。那么風(fēng)機(jī)選型要遵循的基本原則有哪些么？

首先，性能價(jià)格比最優(yōu)，即以最低的價(jià)格購(gòu)買到性能、質(zhì)量最好的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品。

其次，以發(fā)電成本最小為指標(biāo)，充分考慮發(fā)電機(jī)投入和產(chǎn)出的效益。在一些特殊情況下，如果各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量相差不大，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型時(shí)就要考慮能否用最小的發(fā)電成本轉(zhuǎn)化成最大的容量系數(shù)。

影響因素

風(fēng)電機(jī)組的安全性

不同的風(fēng)電場(chǎng)條件具有不同的風(fēng)況、氣候因素等外部條件，因此風(fēng)電機(jī)組根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件有不同的設(shè)計(jì)要求及相應(yīng)的安全等級(jí)。表1是IEC61400-1（第三版）風(fēng)電機(jī)組等級(jí)表。

表1 風(fēng)電機(jī)組等級(jí)表

上表中，所有參數(shù)值均是指輪轂高度處的參數(shù)：

Vref -參考風(fēng)速（10min平均值）；

A -較高湍流強(qiáng)度等級(jí)；

B -中等湍流強(qiáng)度等級(jí)；

C -較低湍流強(qiáng)度等級(jí) ;

Iref-風(fēng)速為15m/s時(shí)的湍流強(qiáng)度。

50年一遇最大風(fēng)速和湍流強(qiáng)度是機(jī)組選型的兩個(gè)最基本的指標(biāo)，在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組的位置確定后，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還需要對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)況條件進(jìn)行安全性評(píng)估，評(píng)估的風(fēng)資源參數(shù)主要有：

（1） 各機(jī)位輪轂高度處的50年一遇最大風(fēng)速（10min）和極大風(fēng)速（3s）；

（2） 各機(jī)位輪轂高度處的有效湍流強(qiáng)度（環(huán)境湍流強(qiáng)度與機(jī)位之間尾流產(chǎn)生湍流強(qiáng)度的疊加）；

（3） 在0.2Vref～0.4Vref之間風(fēng)速分布概率密度小于風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)值；

（4） 入流角（入流氣流與水平面的夾角≤8°）；

（5） 風(fēng)切變系數(shù)0.05

（6） 在主風(fēng)向的機(jī)位多于5排或垂直主風(fēng)向的距離小于3D（D為風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑）時(shí)，會(huì)增加風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境湍流強(qiáng)度，最終影響機(jī)位的有效湍流強(qiáng)度。

風(fēng)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的經(jīng)濟(jì)性，主要指評(píng)價(jià)該風(fēng)場(chǎng)投資所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于一個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目，主要風(fēng)險(xiǎn)變量有固定資產(chǎn)投資、年上網(wǎng)電量和上網(wǎng)電價(jià)等。在電網(wǎng)電價(jià)暫不確定的情況下，由于風(fēng)電機(jī)組設(shè)備價(jià)格有較大波動(dòng)，風(fēng)電項(xiàng)目投資回報(bào)問(wèn)題已成為影響風(fēng)電項(xiàng)目投資的主要因素。所以說(shuō)，在電網(wǎng)價(jià)格給定的情況下，對(duì)于一個(gè)風(fēng)場(chǎng)的建設(shè)和投資，需要考慮因素有單位千瓦的造價(jià)、年上網(wǎng)發(fā)電量和資金內(nèi)部收益率。通過(guò)對(duì)風(fēng)場(chǎng)建設(shè)的多種方案的計(jì)算、比較和分析，得出能反映每種方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性主要是從風(fēng)電場(chǎng)投資及其發(fā)電量?jī)煞矫婢C合考慮。

在風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量一定的條件下，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，大型的，特別是兆瓦級(jí)以上風(fēng)電機(jī)組的綜合成本更低一些。

從技術(shù)角度來(lái)講，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)逐步從定速運(yùn)行的感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)展為風(fēng)能利用率較高的變速運(yùn)行的發(fā)電機(jī)；功率控制也逐漸由定槳距失速型，主動(dòng)失速型發(fā)展到變槳距功率控制。在機(jī)型選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)條件優(yōu)先考慮具有成本低、技術(shù)先進(jìn)、風(fēng)能利用率高和應(yīng)用廣泛的大型先進(jìn)風(fēng)電機(jī)組。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的技術(shù)性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的技術(shù)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：風(fēng)資源評(píng)估；風(fēng)功率計(jì)算；上網(wǎng)電量估算；機(jī)組可靠性。

①風(fēng)資源評(píng)估

風(fēng)場(chǎng)建設(shè)，首先要對(duì)所選的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)資源評(píng)估。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)風(fēng)資源的測(cè)試與評(píng)估已經(jīng)開發(fā)出許多測(cè)試設(shè)備和評(píng)估軟件。在風(fēng)電場(chǎng)選址，特別是微觀選址方面已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)化軟件，如丹麥RIS 國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的用于風(fēng)電場(chǎng)微觀選址的資源分析工具軟件WASP；法國(guó)美迪公司開發(fā)的meteodyn WT等。國(guó)內(nèi)也有類似的軟件，如電場(chǎng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化軟件WINDFARMER，使得風(fēng)資源在評(píng)估時(shí)有了一定的保障，為下一步單機(jī)容量的選擇提供了重要的依據(jù)。

②風(fēng)功率計(jì)算

根據(jù)風(fēng)資源評(píng)估的結(jié)論，確定該風(fēng)場(chǎng)年平均風(fēng)速和年風(fēng)功率密度，進(jìn)一步確定該風(fēng)電場(chǎng)盛行風(fēng)向是否穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度是否較小，以及場(chǎng)區(qū)實(shí)測(cè)空氣密度和風(fēng)切變指數(shù)、風(fēng)功率密度等。根據(jù)《風(fēng)電廠風(fēng)能資源評(píng)估方法》（GB/T18710-2002），定性該風(fēng)場(chǎng)屬于哪一類風(fēng)場(chǎng)，從而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型上選用適合該風(fēng)場(chǎng)的高效能風(fēng)機(jī)。

③上網(wǎng)電量的估算

根據(jù)適合該風(fēng)場(chǎng)的幾類機(jī)型，還要進(jìn)行年理論發(fā)電量的計(jì)算。也就是根據(jù)該風(fēng)場(chǎng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的功率和推力系數(shù)曲線、風(fēng)電機(jī)組的布置和風(fēng)電場(chǎng)的地形圖，采用程序計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論發(fā)電量。然后考慮空氣密度的修正、尾流修正、控制和湍流折減、葉片污染折減、功率曲線折減、廠用電、線損等能量損耗和氣候影響停機(jī)等因素，估算出本風(fēng)電場(chǎng)工程年上網(wǎng)電量。

④機(jī)組的可靠性

機(jī)組的可靠性是指考慮不同機(jī)型的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成而提出的機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的可靠程度。另外，可靠性還與機(jī)組設(shè)備所選用零部件的質(zhì)量、生產(chǎn)質(zhì)量和安裝質(zhì)量有關(guān)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的實(shí)用性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型的實(shí)用性主要是指根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的特點(diǎn)，考慮機(jī)組選擇還要受風(fēng)電場(chǎng)自然條件、交通運(yùn)輸、吊裝等條件的制約。同時(shí)，也要考慮風(fēng)電場(chǎng)的總體規(guī)劃和規(guī)模，再結(jié)合選型的技術(shù)性，從而決定選用實(shí)用類型的機(jī)組。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選型

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選型分為單機(jī)容量選擇和機(jī)型選擇：

1、單機(jī)容量選擇

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)機(jī)市場(chǎng)的現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)已建風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)情況，按照單機(jī)容量的大小通?？梢詫L(fēng)機(jī)分為4個(gè)級(jí)別。

①600kW 級(jí)機(jī)組：?jiǎn)螜C(jī)容量為600kW或750kW，適合安裝在地形復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)。國(guó)外這類機(jī)組已開始退出風(fēng)機(jī)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)這個(gè)級(jí)別風(fēng)機(jī)的廠家有新疆金風(fēng)和浙江運(yùn)達(dá)等。

②850kW級(jí)機(jī)組。單機(jī)容量在850kW～1000kW之間，這類機(jī)組技術(shù)成熟，并有良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，適合場(chǎng)地條件較差和運(yùn)輸困難的風(fēng)電場(chǎng)，在市場(chǎng)上仍有一定的空間和潛力。這個(gè)級(jí)別的風(fēng)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)安裝數(shù)量較多。

③MW級(jí)機(jī)組。單機(jī)容量在1MW～3MW之間，這類機(jī)組在技術(shù)上比較成熟，目前我國(guó)1.5~2MW級(jí)的機(jī)組已經(jīng)成為主流成熟機(jī)型，3MW級(jí)機(jī)組實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)迅速，金風(fēng)等廠家在加緊推出5MW、6MW機(jī)型的步伐，華銳、明陽(yáng)、國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力6MW機(jī)型已經(jīng)安裝樣機(jī)，華銳、湘電、海裝并已安裝5MW樣機(jī)，將逐步積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，步入批量化生產(chǎn)階段。

④多MW 級(jí)機(jī)組。這類風(fēng)機(jī)的部件屬超長(zhǎng)、超重件，運(yùn)輸和吊裝難度很大， 目前在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家有一定數(shù)量的安裝，主要安裝在海上風(fēng)電場(chǎng)，尚未大規(guī)模投入商業(yè)運(yùn)行。

2、機(jī)型的選擇

在風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)類型主要是依據(jù)其調(diào)節(jié)技術(shù)的不同而區(qū)分的。目前的風(fēng)機(jī)市場(chǎng)，主要有定槳距和變槳距兩種。變槳距的調(diào)節(jié)技術(shù)主要有：滑差、變槳、變速、變頻以及雙饋等。定槳距風(fēng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)、牢固，中小型機(jī)組采用較多， 適合安裝在風(fēng)況相對(duì)復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)。

變槳距較定槳距風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)輕，構(gòu)造復(fù)雜，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)節(jié)以獲得較多電量。MW 級(jí)機(jī)組大多采用變槳、變速、雙饋等技術(shù)。每種調(diào)節(jié)技術(shù)都代表著不同的風(fēng)機(jī)類型，并有各自的特點(diǎn)，適合不同的風(fēng)電場(chǎng)條件，沒有純粹的優(yōu)劣之分。

目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組朝著大型化、高效率的方向快速發(fā)展。并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已基本上淘汰了一些不實(shí)用、技術(shù)有缺陷或者不具備商業(yè)價(jià)值的機(jī)型，形成了現(xiàn)在最常見的水平軸、3葉片、上風(fēng)向、管式塔的統(tǒng)一模式。

機(jī)組選型的“因地制宜”

在我國(guó)960萬(wàn)平方公里的土地上，存在著許多不同的地形。而什么樣的風(fēng)資源、地理特點(diǎn)與發(fā)展環(huán)境，決定著開發(fā)企業(yè)采用什么樣的機(jī)型。這時(shí)就需要“因地制宜”地去選擇。風(fēng)哥主要整理了我國(guó)“三北”地區(qū)；低風(fēng)速地區(qū)和海上風(fēng)電的風(fēng)機(jī)選型問(wèn)題：

01、“三北”地區(qū)及中東部平原地區(qū)：

開發(fā)企業(yè)采用單機(jī)容量較大的機(jī)型，更符合區(qū)域風(fēng)電發(fā)展的規(guī)律，原因：

1、“大容量”機(jī)型可有效降低風(fēng)電開發(fā)成本。

首先，我國(guó)“三北”地區(qū)及中東部平原地區(qū)地勢(shì)平坦，項(xiàng)目施工難度低，無(wú)需投入大量道路改造與吊裝平臺(tái)建設(shè)成本，便于“大容量”機(jī)型的運(yùn)輸與吊裝。

其次，采用“大容量”機(jī)型，可有效減少機(jī)組安裝數(shù)量，節(jié)省項(xiàng)目前期投資成本。例如，在一個(gè)總?cè)萘繛?0萬(wàn)千瓦的項(xiàng)目中，單機(jī)容量為3.4MW的機(jī)型，在基礎(chǔ)總造價(jià)、吊裝總造價(jià)、基礎(chǔ)總占地面積方面，比2MW機(jī)型分別減少25%、40%、17%以上。

再次，由于機(jī)組數(shù)量更少，3.4MW機(jī)型相對(duì)于2MW機(jī)型更易進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而在不同的項(xiàng)目中，減少2%至3%的尾流影響，有效提高風(fēng)電場(chǎng)的整體發(fā)電能力。

2、大容量”機(jī)型利于風(fēng)電用地的集約化發(fā)展。

我國(guó)中東部地區(qū)人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、征地成本高昂。

因此，在中東部平原地區(qū)采用“大容量”機(jī)型，一方面可避免出現(xiàn)機(jī)位點(diǎn)不足，無(wú)法達(dá)到項(xiàng)目開發(fā)總?cè)萘康膯?wèn)題；另一方面則在機(jī)位點(diǎn)數(shù)量夠用的情況下，進(jìn)一步優(yōu)化點(diǎn)位設(shè)計(jì)，提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力。

02、低風(fēng)速山地地區(qū)：

低風(fēng)速地區(qū)更適合選擇單機(jī)容量在2MW級(jí)的“小容量+大葉輪”機(jī)型。既可減少山區(qū)運(yùn)輸、吊裝難度與成本，又可充分利用機(jī)組低風(fēng)速發(fā)電能力提高項(xiàng)目收益。

03、海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組選型：

海上風(fēng)電機(jī)組選型的主要方法是通過(guò)比較初選不同風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定推薦機(jī)型。

經(jīng)濟(jì)性主要依據(jù)度電成本這個(gè)量化指標(biāo)來(lái)衡量；

而技術(shù)性主要考慮風(fēng)電機(jī)組的制造水平、技術(shù)成熟程度、產(chǎn)品可靠性及運(yùn)行維護(hù)的方便程度，更多地是從定性的角度進(jìn)行比較，缺乏較強(qiáng)的說(shuō)服力；

另外，在經(jīng)濟(jì)性的比較中缺少運(yùn)行維護(hù)成本的考慮。

附主要整機(jī)商機(jī)型表