如何正確選擇風(fēng)電機組及其定義、原則、影響因素詳解

正確的機組選型是風(fēng)電場設(shè)計的重點和關(guān)鍵，風(fēng)電機組選擇的正確與否直接影響到風(fēng)電場長期運行的安全性和經(jīng)濟效益。

“風(fēng)電機組”選型攻略，有哪些注意事項？史上最全機組造型名錄！

決定風(fēng)電項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、機組選型和運維水平等。項目核準(zhǔn)后，前三項基本已成定局，機組選型的重要性顯而易見。

正確的機組選型是風(fēng)電場設(shè)計的重點和關(guān)鍵，風(fēng)電機組選擇的正確與否直接影響到風(fēng)電場長期運行的安全性和經(jīng)濟效益。

什么是機組選型？

在風(fēng)電場建設(shè)過程中，風(fēng)力發(fā)電機組的選擇受到自然環(huán)境、交通運輸、吊裝等條件的制約。

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

在技術(shù)先進、運行可靠的前提下，根據(jù)風(fēng)場的風(fēng)能資源狀況，選擇經(jīng)濟上切實可行的風(fēng)力發(fā)電機組，計算風(fēng)場的年發(fā)電量，選擇綜合指標(biāo)最佳的風(fēng)力發(fā)電機組。

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

機組選型的基本原則

進行機組選型的前提是項目有盈利的可能。電價越高，風(fēng)資源越好，項目的盈利水平就越高。那么風(fēng)機選型要遵循的基本原則有哪些么？

首先，性能價格比最優(yōu)，即以最低的價格購買到性能、質(zhì)量最好的風(fēng)力發(fā)電機組產(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)電機組的發(fā)電量相差不大，則風(fēng)力發(fā)電機組選型時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)電機組的安全性

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

表1 風(fēng)電機組等級表

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 -較高湍流強度等級；

B -中等湍流強度等級；

C -較低湍流強度等級 ;

Iref-風(fēng)速為15m/s時的湍流強度。

50年一遇最大風(fēng)速和湍流強度是機組選型的兩個最基本的指標(biāo)，在風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組的位置確定后，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還需要對每臺風(fēng)電機組的現(xiàn)場風(fēng)況條件進行安全性評估，評估的風(fēng)資源參數(shù)主要有：

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

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

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

（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)向的機位多于5排或垂直主風(fēng)向的距離小于3D（D為風(fēng)電機組葉輪直徑）時，會增加風(fēng)電場的環(huán)境湍流強度，最終影響機位的有效湍流強度。

風(fēng)電機組的經(jīng)濟性：

風(fēng)力發(fā)電機組選型的經(jīng)濟性，主要指評價該風(fēng)場投資所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。對于一個風(fēng)電項目，主要風(fēng)險變量有固定資產(chǎn)投資、年上網(wǎng)電量和上網(wǎng)電價等。在電網(wǎng)電價暫不確定的情況下，由于風(fēng)電機組設(shè)備價格有較大波動，風(fēng)電項目投資回報問題已成為影響風(fēng)電項目投資的主要因素。所以說，在電網(wǎng)價格給定的情況下，對于一個風(fēng)場的建設(shè)和投資，需要考慮因素有單位千瓦的造價、年上網(wǎng)發(fā)電量和資金內(nèi)部收益率。通過對風(fēng)場建設(shè)的多種方案的計算、比較和分析，得出能反映每種方案的經(jīng)濟指標(biāo)。

機組的經(jīng)濟性主要是從風(fēng)電場投資及其發(fā)電量兩方面綜合考慮。

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

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

風(fēng)力發(fā)電機組選型的技術(shù)性

風(fēng)力發(fā)電機組選型的技術(shù)性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：風(fēng)資源評估；風(fēng)功率計算；上網(wǎng)電量估算；機組可靠性。

①風(fēng)資源評估

風(fēng)場建設(shè)，首先要對所選的風(fēng)場進行風(fēng)資源評估。目前國內(nèi)外針對風(fēng)資源的測試與評估已經(jīng)開發(fā)出許多測試設(shè)備和評估軟件。在風(fēng)電場選址，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 國家研究實驗室開發(fā)的用于風(fēng)電場微觀選址的資源分析工具軟件WASP；法國美迪公司開發(fā)的meteodyn WT等。國內(nèi)也有類似的軟件，如電場設(shè)計及優(yōu)化軟件WINDFARMER，使得風(fēng)資源在評估時有了一定的保障，為下一步單機容量的選擇提供了重要的依據(jù)。

②風(fēng)功率計算

根據(jù)風(fēng)資源評估的結(jié)論，確定該風(fēng)場年平均風(fēng)速和年風(fēng)功率密度，進一步確定該風(fēng)電場盛行風(fēng)向是否穩(wěn)定，湍流強度是否較小，以及場區(qū)實測空氣密度和風(fēng)切變指數(shù)、風(fēng)功率密度等。根據(jù)《風(fēng)電廠風(fēng)能資源評估方法》（GB/T18710-2002），定性該風(fēng)場屬于哪一類風(fēng)場，從而在風(fēng)力發(fā)電機組選型上選用適合該風(fēng)場的高效能風(fēng)機。

③上網(wǎng)電量的估算

根據(jù)適合該風(fēng)場的幾類機型，還要進行年理論發(fā)電量的計算。也就是根據(jù)該風(fēng)場在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的功率和推力系數(shù)曲線、風(fēng)電機組的布置和風(fēng)電場的地形圖，采用程序計算得到標(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等因素，估算出本風(fēng)電場工程年上網(wǎng)電量。

④機組的可靠性

機組的可靠性是指考慮不同機型的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成而提出的機組穩(wěn)定運行的可靠程度。另外，可靠性還與機組設(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)電機組選型的實用性

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

風(fēng)力發(fā)電機組的選型

風(fēng)力發(fā)電機組的選型分為單機容量選擇和機型選擇：

1、單機容量選擇

根據(jù)目前國內(nèi)外風(fēng)機市場的現(xiàn)狀以及國內(nèi)已建風(fēng)電場的裝機情況，按照單機容量的大小通?？梢詫L(fēng)機分為4個級別。

①600kW 級機組：單機容量為600kW或750kW，適合安裝在地形復(fù)雜的風(fēng)電場。國外這類機組已開始退出風(fēng)機市場，國內(nèi)生產(chǎn)這個級別風(fēng)機的廠家有新疆金風(fēng)和浙江運達(dá)等。

②850kW級機組。單機容量在850kW～1000kW之間，這類機組技術(shù)成熟，并有良好的運行業(yè)績，適合場地條件較差和運輸困難的風(fēng)電場，在市場上仍有一定的空間和潛力。這個級別的風(fēng)電機組在國內(nèi)安裝數(shù)量較多。

③MW級機組。單機容量在1MW～3MW之間，這類機組在技術(shù)上比較成熟，目前我國1.5~2MW級的機組已經(jīng)成為主流成熟機型，3MW級機組實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，業(yè)績增長迅速，金風(fēng)等廠家在加緊推出5MW、6MW機型的步伐，華銳、明陽、國電聯(lián)合動力6MW機型已經(jīng)安裝樣機，華銳、湘電、海裝并已安裝5MW樣機，將逐步積累實際經(jīng)驗，步入批量化生產(chǎn)階段。

④多MW 級機組。這類風(fēng)機的部件屬超長、超重件，運輸和吊裝難度很大， 目前在歐美等發(fā)達(dá)國家有一定數(shù)量的安裝，主要安裝在海上風(fēng)電場，尚未大規(guī)模投入商業(yè)運行。

2、機型的選擇

在風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，風(fēng)機類型主要是依據(jù)其調(diào)節(jié)技術(shù)的不同而區(qū)分的。目前的風(fēng)機市場，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)機構(gòu)造簡單，調(diào)節(jié)方式簡便，結(jié)構(gòu)結(jié)實、牢固，中小型機組采用較多， 適合安裝在風(fēng)況相對復(fù)雜的風(fēng)電場。

變槳距較定槳距風(fēng)機結(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 級機組大多采用變槳、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)機類型，并有各自的特點，適合不同的風(fēng)電場條件，沒有純粹的優(yōu)劣之分。

目前，風(fēng)力發(fā)電機組朝著大型化、高效率的方向快速發(fā)展。并網(wǎng)型風(fēng)電機組經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已基本上淘汰了一些不實用、技術(shù)有缺陷或者不具備商業(yè)價值的機型，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。

機組選型的“因地制宜”

在我國960萬平方公里的土地上，存在著許多不同的地形。而什么樣的風(fēng)資源、地理特點與發(fā)展環(huán)境，決定著開發(fā)企業(yè)采用什么樣的機型。這時就需要“因地制宜”地去選擇。風(fēng)哥主要整理了我國“三北”地區(qū)；低風(fēng)速地區(qū)和海上風(fēng)電的風(fēng)機選型問題：

01、“三北”地區(qū)及中東部平原地區(qū)：

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

1、“大容量”機型可有效降低風(fēng)電開發(fā)成本。

首先，我國“三北”地區(qū)及中東部平原地區(qū)地勢平坦，項目施工難度低，無需投入大量道路改造與吊裝平臺建設(shè)成本，便于“大容量”機型的運輸與吊裝。

其次，采用“大容量”機型，可有效減少機組安裝數(shù)量，節(jié)省項目前期投資成本。例如，在一個總?cè)萘繛?0萬千瓦的項目中，單機容量為3.4MW的機型，在基礎(chǔ)總造價、吊裝總造價、基礎(chǔ)總占地面積方面，比2MW機型分別減少25%、40%、17%以上。

再次，由于機組數(shù)量更少，3.4MW機型相對于2MW機型更易進行風(fēng)電場優(yōu)化設(shè)計，從而在不同的項目中，減少2%至3%的尾流影響，有效提高風(fēng)電場的整體發(fā)電能力。

2、大容量”機型利于風(fēng)電用地的集約化發(fā)展。

我國中東部地區(qū)人口稠密、經(jīng)濟發(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”機型，一方面可避免出現(xiàn)機位點不足，無法達(dá)到項目開發(fā)總?cè)萘康膯栴}；另一方面則在機位點數(shù)量夠用的情況下，進一步優(yōu)化點位設(shè)計，提高風(fēng)電場發(fā)電能力。

02、低風(fēng)速山地地區(qū)：

低風(fēng)速地區(qū)更適合選擇單機容量在2MW級的“小容量+大葉輪”機型。既可減少山區(qū)運輸、吊裝難度與成本，又可充分利用機組低風(fēng)速發(fā)電能力提高項目收益。

03、海上風(fēng)電場風(fēng)電機組選型：

海上風(fēng)電機組選型的主要方法是通過比較初選不同風(fēng)電機組的技術(shù)性和經(jīng)濟性來確定推薦機型。

經(jīng)濟性主要依據(jù)度電成本這個量化指標(biāo)來衡量；

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

另外，在經(jīng)濟性的比較中缺少運行維護成本的考慮。

附主要整機商機型表