(中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司 广西 南宁 530007)
摘要：风能是自然界取之不尽、用之不竭而又不会产生污染的可再生能源。在常规能源告急和环境污染的双重压力下，风能发电因其自身独有的优点，在较短时间内便获得巨大发展。发电量是风电项目的主要指标之一，直接影响项目的决策，而风切变作为众多影响发电量因素中较为重要的因素之一，本文主要对风切变对风电场发电量变化趋势的影响进行了分析，为项目决策提供初略参考。
关键词：风切变、风电场发电、变化趋势、影响分析
前言
由于技术本身的限制，前些年风电机组在达到一定高度后很难再次加高，采用混凝土承台等手段虽然可以使轮毂高度获得提升，但效果并不明显且耗资巨大。随着近年来材料、工艺、运输等手段的不断进步，大范围提升风电机组轮毂高度已变得可行。目前国内针对同种风电机组不同高度下发电量的详细测算与分析成果并不多。本文通过对低风速复杂地形条件下不同的风电场开发案例进行测算，分析在不同风切变条件下提升风电机组塔筒高度对于提升风电场发电量的影响。
1 案例基本概况
案例一拟开发风电场场址海拔高程为300m-900m，场区植被密度较低，地形为山地地形。风电场拟开发容量为100MW。案例二拟开发风电场场址海拔高程为50m-300m，场区植被密度较高，地形属南方典型的丘陵地带，风电场拟开发容量为50MW。
案例一区域内有一座80m高的测风塔，案例二区域内有一座100m高的测风塔，两个区域内测风数据收集已满一年以上，有效数据完整率均达到90%以上，满足风能资源评估要求。风电场基本风能资源状况统计如表l所示，根据《风电场风能资源评估方法》（GB//18710-2002）风功率密度等级评判标准，两个风电场风功率密度等级均不到2级，风能资源条件一般。
s经分析，选择适用于本项目风况的低风速、性价比较高的主流机型（WTG1,单机容量2000kW，轮毂高度85m）, 案例一、二分别布置50台、25台WTG1风电机组，年等效满负荷利用小时数分别约为1750h、1900h。
由于案例一、二项目区域风能资源条件相对较差，考虑到适当增高塔筒高度符合相应的风电场发电标准，因此初步分析可采用提高风电机组塔筒高度的方式，提高项目整体发电量。 以每5m为步长，将WTG1风机塔筒从85m提升至130m，保持风电机组功率曲线及风电机组机位不变，分别计算发电量。
经对各案例软件及公式计算结果对比，公式计算结果与软件实际计算最大误差不超过0.5%,成果吻合较好。对此次软件计算的发电成果进行统计，根据统计结果，以85m高度为基准，在一定提升范围（45m）内，风切变指数为0.12时，塔筒高度每提升5m，发电量平均可提升1.2%左右；风切变指数为0.085时，塔筒高度每提升5m，发电量平均可提升0.8%左右。
图3 各案例软件及公式计算结果差异性比较
目前国內研究结果表明，当风切变指数为0.2时，塔筒每提高5m，发电量可提升1.5%左右。故在公式中，将风切变指数调整为0.1和0.2，其他参数不变，分别对案例一、二进行计算。根据计算结果，当风切变指数为0.1时，相对于85m高度的发电量，平均每提高5m高度，案例一、二分别可提升发电量1.12%和0.85%左右；当风切变指数为0.2时，案例一、二分别可提升1.6%和1.2%左右。初步分析，造成案例一、二在相同风切变下提升效果不同的主要因素是WT计算热稳定度边界条件的影响，后续将专篇分析。
以上结果初步证明年等效满负荷利用小时数计算公式具有相对较高的可信度，因此在技术条件不具备的情况下，可以利用公式进行粗略的推算与分析，在初步确定提高风电机组塔筒高度对于风电场具有较好经济性的情况下，再进行详细的论证。
4 结束语
综上所述，在低风速、复杂地形、保证风机安全条件下，提高轮毂高度对于提升发电量有一定积极作用，但不同风切变条件下，提高轮毂高度是否会提升风电场财务指标需进行综合经济分析。经本文验证，在不进行软件计算的情况下，不同塔筒高度下的等效小时数可由公式近似计算，两个案例的计算结果显示，公式计算结果与软件计算结果误差不超过0.5%。因此，在决定是否对一个风电场项目采取加高塔筒的设计措施时，必须进行详细的发电量与经济性评估，权衡利弊，最终实现风电场定制化设计的风险最小化、收益最大化目标。
参考文献
[1]吴兴华，周晖，黄梅等.基于模式识别的风电场风速和发电功率预测[J].继电器，2010（1）.
论文作者:周治荣
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/17
标签：切变论文; 发电量论文; 高度论文; 风电场论文; 案例论文; 风能论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第23期论文;