邵阳城步40MW风力发电设计

三 风电场风能资源评估
3.1 数据验证
（1）完整性检验 a）数量：数据数量应该要等于预期测试数据数量； b）时间顺序：数据的时间顺序需要和预期的开始、完成时间匹配，且数据 中间不能够断开。 （2）合理性检验 a）范围检验，部分参数的合理范围如表 1-1 所示：
表 3-1 主要参数的合理范围参考值
主要参数 平均风速 风向 平均气压（海平面） 合理范围 0≤小时平均风速＜40m/s 0≤小时平均值＜360 94kPa≤小时平均值≤106kPa
2.2 气候条件
城城步苗族自治县地处湖南省西南边陲， 沅江支流巫水上游， 位于北纬 25°
58ˊ～26°42ˊ，东经 109°58ˊ～110°37ˊ;东界新宁县，南邻广西资源县和 龙胜各族自治县，西接绥宁县和通道侗族自治县，北毗武冈市;东西直线纵距 65 公里，南北直线纵距 83 公里，总面积 2647.07 平方公里，折合 397.06 万亩。县 城儒林镇位于县境中部，北距邵阳市 206 公里，距省会长沙 436 公里，南至桂林 市 210 公里(均为公路里程)。全县户籍人口为 272800 人（2010 年） 。 邵阳市属季风气候区，风向有明显的季节性变化。冬季以偏北风为主，夏季 以偏南风为主，春秋两季是风向转换季节。地形以丘陵为主，南、西部多山地， 地势由西南向东北倾斜。主要河流有资江、邵水。气候温润，年降水量 1200～ 1500 毫米。年均气温 16.1℃～17.1℃，1 月均温 4.7℃，7 月均温 28.2℃。
（2）风向频率及风能密度的方向分布 风电场中风机的分布取决于风能密度方向分布和风电场所在地的地形， 风能 玫瑰图里有一个主导风向最佳， 也可以是两个方向差不多相反的主风向。在山区 则是主风向和山脊走向成 90 度为最佳。 （3）风速的日变化和年变化 用每个月风速（或风功率密度）一天之内变化折线图和整年风速（或风功率 密度） 一天之内变化折线图， 和同一时段电网一天之内负荷曲线相比； 用风速 （或 风功率密度）年变化折线图，和同一时段电网年负荷曲线相比，如果前后两者一 致或者接近的部分比较多为最佳。 （4）各等级风速频率 将风速值以 1ms 间隔划分为多个等级，统计每个等级中风速出现的频数， 每个等级频数和各等级风速出现的总频数的比值就是该等级的风速频率。 按照统 计结果制作每个等级的风速频率图。 （5）年有效小时数 风力发电机组有切入风速和切出风速，切入风速通常为 2ms ，切出风速通 常取 25ms ，在切入风速和切出风速之间的风速称为有效风速。一年风速值在有 效风速范围内的小时数，就是该年的有效小时数。 （6）湍流强度 湍流强度是表征风速随机变化幅度的大小， 定义为 10min 内标准风速偏差和 平均风速的比值，IT 值小于等于 0.10 表示湍流相对较小， IT 值为 0.10~0.25 表示中等程度湍流， IT 值更高则表明湍流过大。风场湍流情况影响非常大，因 为它可能降低风力发电机组功率输出，还可能导致超负荷，以致风力发电机组功
一 概述
1.1 设计内容
湖南邵阳城步南山牧场 40MW 风电场选址和风机选型设计
1.2 设计主要原则
（1）设计规模：40WW 风电场设计； （2）电网范围：湖南省内邵阳市； （3）地域范围：湖南省邵阳市城步县南山牧场； （4）系统设计功率满足设计要求，可以较为方便的接入电网。
二 站址环境
2.1 电网条件
目前湖南邵阳的电力供应主要由湖南电力邵阳分公司承担， 它管理着邵阳市 707 万人口、356 万电力客户的供电任务，管理 110 千伏及以上变电站 120 座、 输电线路 3751 公里；农网 35 千伏变电站 67 座；10(20)千伏开闭所 1109 座，公 用箱变及配变 2.5 万台，配电线路及低压线路 7 万余公里，现有火力发电厂 3 座，发电装机容量共计 140 万千瓦。 但是这里面的电力来源主要靠传统化石能源的燃烧发电， 对环境的污染日益 加剧，为了加快电网建设，优化电网结构，促进可持续能源发展，建造风能电站 无疑是一种多全其美的举措。 风能发电技术是新能源技术的重要组成部分，是正 在发展着的高新技术， 在国家能源政策的引导下，随着人们对可再生能源认识的 提高以及风能发电系统性能价格比的提高风能资源的开发及应用前景将是十分 广阔的结阔。
表 6-1 风电场发电量与尾流损失
表 6-2 每台风电机发电量与尾流损失
七 风力发电机组的选型与最终发电量的确定
因为设计中只考虑到 2MW 的风机， 所以在风机比较中， 只针对下面两种机型。 （1）采用 Bouns 2MW 时，相同风机布局，得到的风电场发电量与尾流损失如表 7-1。
b）相关性检验，部分参数的合理相关性参考值如表 2-2 所示：
表 3-2 主要参数的合理相关性参考值
主要参数 50m/40m高度小时平均风速差值 50m/10m高度小时平均风速差值 合理范围 ＜2.0m/s ＜4.0m/s
50m/40m高度风向差值
＜22.5
c）趋势检验，部分参数的合理变化趋势参考值如表 2-3 所示：
图 5-1 南山牧场地形图
5.2 风图谱的生成 在当地建立测风站，收集一年以上的数据，整理后用 NRG 转换，再由 OWC Wizard 生成可视化的测风数据，可以导入 WAsP 进行数据处理，得到的数据如图 5-3 所示。
图 5-2 风向频率和风速频率统计图
5.3 风资源分布的可视化模拟结果 在使用软件中对 Resource Grid 进行适当的设置后，点击计算，软件即可根 据风图谱、 地形数据等就可得到风资源分布情况自动计算风资源的分布情况，图 5-3 显示的是年平均风速的模拟分布结果。
五 风资源分析（WAsP）
南山地处越城岭北麓，山体南北走向，与广西壮族自治区接壤，平均海拔 1 760 Ill。南山小山丘群体密布，小山丘顶部海拔高度相差不大，高差 200 m 左右。 城步南山自动气象站中的 2 号站海拔 1 803 m，位于南山东侧的一个小山包上，

海拔 1 890m 的大丫口山位于其东偏南，北面为海拔 1 840 1'1"1 的大毛坪山，西 面为海拔 1 819 m 的南山山顶。 大丫口山东侧为 1 条长 45 km 的南西南一北东北 走向大峡谷。 大峡谷从广西龙胜县北面起一直延伸至大丫口山，峡谷海拔高度由 南向北随山体缓慢上升，峡谷两侧大山耸立，峡谷深平均 1 000 m，谷底狭窄， 大丫口的最狭窄处两侧山峰距离不足 5 km。大丫口山北面为从城步蒋坊乡西面 至大、r 口的长约 35 km 峡谷，谷底较宽。城步南山西侧落差 l 000 m，东侧为南 北走向落差不足 500 1Tl 的低矮山体。由于南山海拔高，山顶的风速为山体两侧 风速的 3 倍以上，风能资源丰富，开发前景好。
中南大学
本科生课程设计(实践)任务书、设计报告 （风能发电系统课程设计）
课题名称：湖南邵阳城步南山牧场 40MW 风电场选址和风机选型设计 学院名称： 指导老师： 学生姓名： 学生学号： 能源科学与工程学院 邓胜祥教授 李昕宇 1003100721 专业班级：新能源科学与工程 1001 班
能源科学与工程学院 2013 年 10 月
图 5-3 风资源分布图 表 5-1 风资源分布统计表
六 风机微观选址
计算出风力资源分布情况后，可以方便地依据资源分布情况布置机组。 可以根据风能密度等分布，对风机进行合理化布局，最终结果如图 6-1 所示。 通过多次调整后，得到的优化布置情况如图 6-1 所示
图 6-1 风机微观选址
经过软件计算得到风电场发电量与尾流损失统计的数据结果如下 （机型选择 比较后文论述） ：
5.1 地形图
WAsP 软件进行风能资源评估必须使用格式为 map 的地形图文件，地形图上 可以很清楚地反应风电场所在地区的地形状况， 包括海拔信息、 粗糙度信息等等。 风机的布置要在地形图上进行， 年发电量计算的精确度很大程度上取决于矢量地 形图是否精确。 通过航测地形图 DEM 的获取和处理技术得到如图 5-1 所示的地形图。
宏观选址是对一个较大地区的气象条件、风能、湍流、电网、交通、地址、 周围环境等多种考虑因素和条件进行综合考察评估后， 选择出一个风能资源丰富 且具有利用价值的小区域的过程。 综合多方面因素， 此次选择设计的地点是湖南省邵阳市城步苗族县，卫星地 图见图 4-1。
图 4-1 南山牧场卫星地图
4.2 微观选址
表 3-4 风功率等级表
密度 等级 风功率密度 W/m2 年平均 风速参 考值 风功率密度 W/m2 年平均风 速参考值 m/s 风功率密度 W/m2 年平均风速参考 值m/s 10m高度 40m高度 50m高度
m/s 1 2 3 4 5 6 7 ＜100 100~150 150~200 200~250 250~400 400~400 400~1000 4.4 5.1 5.6 6.0 6.4 7.0 9.4 ＜160 160~240 240~320 320~400 400~480 480~640 640~1600 5.1 5.9 6.5 7.0 7.4 8.2 11.0 ＜200 200~400 400~400 400~500 500~600 600~800 800~2000 5.6 6.4 7.0 7.5 8.0 8.8 11.9 较好 好 很好 很好 很好
G N i Wi
式中，G 为年发电量，kW∙h；Ni 是对应风速等级一年内出现的小时数，h； Wi 为风力发电机组在该风速等级下对应的输出功率，kW。 风电场年发电量为每 个风机年发电量之和。
四 风电场的选址
风电场选址包括宏观选址和微观选址过程，是风电场建设的基础性工作。
4.1 宏观选址
能减弱或完全损坏。 （7）其他气象因素 异常天气状况如 vmax>40m/s 或 vextreme>60m/s，气温在-20℃以下，冰冻、 雷电、暴雨或沙尘等异常情况，对风力发电机组有不一样的要求，成本会上升和 运行难度会增加。 3.4 风电场年发电量的计算 一个风机的年发电量是年平均各等级风速（有效风速段内）的风速小时数和 该等级风速下风力发电机组输出功率乘积之和，如式 2-9 所示：