低风速地区风电场定制化设计方案

低风速地区风电场定制化设计方案
申璞
【期刊名称】《《河北电力技术》》
【年(卷),期】2019(038)005
【总页数】3页(P46-48)
【关键词】风电场; 低风速; 定制化; 混合排布
【作者】申璞
【作者单位】大唐国际发电股份有限公司北京 100333
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
中国风电经过最近10多年的飞速发展，高风速地区的风电开发已趋近饱和，近年来中东部和南方低风速区域风电发展迅速。

如何使得低风速风电场优化风力机布置将是重要的方向之一[1]。

有关文献对风力发电机组的轮毂高度进行研究，分析投
资收益的影响[2]。

但低风速地区地形条件较为复杂，风资源分布不均匀，风切变、湍流及入流角差异较大，所能代表的测风塔也比常规风场有一定差异。

如果按照传统方式，整场选用一种风机机型将不能最大化的利用资源[3]，因此，针对不同的
地形，对风电场进行定制化设计，成为近年来研究的热点。

大唐新能源试验研究院开发的低风速风电场精细化设计软件，以项目全投资收益率最高为目标，给出不同风机型号、不同轮毂高度的最优混装模式，可以提供低风速风电场进行定制化的设
计方案。

1 低风速风电场定制化设计方案算法
以风场经济性效益最大化为目标，在给定风场容量的基础上，对不同风机排布方案的全投资（税前）内部收益率进行比较，使全投资（税前）内部收益率最大。

对于给定风电场，假设有N个风机点位，单个风机的收益为v[i]，单机成本为c[i]，风电场其他成本为d。

在N个点位中选取k个风机，使得总收益与总造价的比值最大，并且k个风机的容量总和为CAP，则目标函数如公式（1）所示：
核心算法将问题拆分为多个寻找最优化解的问题，然后组合为多个方案排序。

依据如图1所示的核心算法流程示意，算法计算步骤如下：
a. 根据风电场容量范围，得到所有合理的风机容量组合caps[n]；
b. 针对给定风机容量组合[cap1,cap2,…,capn]，得到一个风机型号组合
plan:[fan1,fan2,…,fann]；
c. 结合Dinkelbach算法，迭代查找，找到当前风机容量组合下的最大收益率风机型号组合方案；
图1 核心优化算法流程示意
d. 对比所有容量组合的最优方案，得出所有方案中的最优方案；
e. 一次迭代计算，分别抽取前10名和后10名方案，相同机型相同高度方案和相同机型高度混搭方案。

本算法集成有效性校验、异步分布式执行、缓存部分计算结果等技术手段，对计算过程进行加速，保障整个项目方案的计算结果在较短时间内完成。

2 设计方案确定及案例分析
选取某复杂地形风电场，场区内共有3个测风塔，风速分布在6～8.5 m/s之间，风速分布跨度较大，分别从定容量风机混排方面及非定容量风机混排方面进行比较
分析。

以能够有效提升风电场的经济性为最终目标，确定混排方案。

2.1 定容量混排布机
在容量确定为49.5 MW的基础上，通过以上算法计算共得到1.75×1036种排布
方案，其中最优化方案内部收益率较最差方案可提升7.88%，相较常规混排方案
也能提升1.88%，详细的优化方案请参见表1所示。

2.2 非定容量混排布机
在风场容量不定的情况下（容量区间：30～50 MW），采用以上的算法对
7.15×1036种排布方案进行自动比选，可以得出如表2所示的风电场经济性最优
时的风电场容量为42.5 MW。

同时，表2中还给出了最大容量49.5 MW的定容
量风电场最优混合布置方案，且该容量下风电场的内部收益率较标准容量49.5 MW的最优方案还能提升0.19%，如图2所示。

表1 定容量风机混排方案比选最差 0% 2 500/103/100/80(3+16台)；2
000/108/100(1台)。

2 062 3.72 10%
表2 非定容量风机混排方案比选49.5 MW最优最佳容量42.5 MW 2
500/121/120(1台)；2 000/108/80(9台 )；2 000/115/80(9台 )；2
000/121/80（2台）发电量/kWh 3 075 3 124造价/亿元3.8 3.29内部收益率/% 17.88 18.07方案2 500/121/120(3台)；2 000/108/80(10台)；2
000/115/80/120(8+1台)；2 000/121/80（2台）
图2 不同容量内部收益率变化趋势
3 结论
随着风电的发展，风机分布及风力机选型问题是风电场经营者必须考虑因素，对于不同容量风电场，随着风力机数量增加，虽然风电场总功率增大，但内部收益率会存在一个最大收益率。

因此，对于低风速风电场来说，采用混排布置的风力机将是未来实际风电场工程的选择风力机机型等有一定指导意义。

通过对低风速地区风电场精细化设计方案的研究，以风电场经济效益最优为目标，从定容量和非定容量2种情况进行比较分析，从发电量、造价、及内部收益率等
方面全面分析了不同风机混排比选方案，并得出当风电场装机容量在42.5 MW时，有最高的内部收益率。

该方法可为拟建低风速风电场提供最优化风机选型、塔筒高度等混排布机提供参考。

【相关文献】
[1] 申新贺，叶杭冶. 低风速地区风电开发成本探讨[J]. 风能，2011（10）：32-36.
[2] 宋英龙，王卉，刘思佳. 风电机组轮毂高度变化对工程投资收益影响浅析[J].应用能源技术，2018（12）：51-54.
[3] 欧梅义.低风速风电场风电机组选型探讨[J].风能. 2014（6）：84-87.。