建设分散式风电项目的基本要素分析(条件、成本与接入)

1
中国风力 资源丰富
我国在低风速区的风电开发几乎处于空白。低风速区是 指年平均风速在6～8米/秒，年利用小时数在2000小时以 下的地区，全国范围内可利用的低风速资源面积约占全 国风能资源区的68%。不论是分散的风资源还是低风速风 资源均接近电网负荷的受端地区
2
低风速开 发空白
在风能资源较好地区的风电开发已趋饱和、受限于并网瓶颈而不断 “弃风”的背景下，分散的风资源和低风速区风能的开发利用逐渐引 起各方关注。
用户
风机
风机
根据风机的容量，将风电直接分散式布置在10 千伏或380V配电网用户侧，将其当作一个负的 负载，接入方式如图所示。 运行时，有风则风力机发电，使该配电网侧负 荷对输电网电量需求减少，风越大，需求的电 量越少，无风则电网电会自动补充进来。
优点
输电损失 大大降低
增强电网 运行的调 节能力
用户侧可 靠性及稳 定性增强
• 离大陆较远的海岛、嵊泗（7639小时）、嵊山（7630小时）、大衢（7330小时）、 大陈（7096小时）和北麂（7130小时）站观测的年平均有效风速小时数在7000小时 以上，占全年时数的80%以上，其中嵊泗的年平均有效风速小时为7639，占到全年 时数的87%，是年平均有效风速时数最多的观测站。其他海岛站（定海除外）如石 浦（6786小时）、普陀（6162小时）、玉环（6432小时）等，有效风小时数均在 6000小时以上，占全年时数的70%。
沿海地域
• 沿海地区在5000-6000小时左右，如北仑站有效风小时数为5988小时，占到全年时数 的70%。
高山地区
• 在高山山顶有效风小时数为6000-7000小时，如天目山（6563小时），括苍山（6875 小时）。
风功率密度
风功率密度是指空气通过单位时间单位面积时所具有的动能，用下式计算：
风浙江省风能资源储量及总体评价
表3: 浙江省风能资源分布
风 功 率 密 度 （ w/m2 ） 0～80
地区面积 （万平方公里）
非常 贫乏区
单位：104MW
80～120 贫乏区
120～160 贫乏区
160～200 次可
利用区
200～240 可利用区
大于240 次丰富区
全省（10.18） 嘉兴（0.47） 湖州（0.69） 杭州（1.93） 衢州（1.04） 丽水（0.19） 金华（1.28） 绍兴（0.93） 温州（1.38） 台州（1.10） 宁波（1.10） 舟山（0.07）
风力过大或过小都难以利用， 通常把风速在3~25m/s之间的风 速称为可利用风速或有效风速。
浙江省有效风速小时数由海洋 向内陆递减。一年当中，1-4月， 7-9月有效风小时数较多，其他 各月相对少些，这一点与电负荷 需求较匹配，浙江省每年1~2月 和7~9月电负荷较大。
有效风速小时数
浙江省有效风速小时数由海洋向内陆递减
浙江省地势由西南向东北倾斜， 呈阶梯下降，西南是山地，中部是丘陵 和盆地，东部是平原。西南部为平均海 拔800米的山区，1500米以上的山峰大都 集中于此。中部以丘陵为主，大小盆地 错落分布于丘陵山地之间，东北部是低 平的冲击平原。全省地形可分为浙北平 原、浙西中山丘陵、浙东盆地低山区、 浙中丘陵盆地区、浙南中山区和沿海丘 陵平原区。
5.81
31.98 47.53 14.79 13.44 16.88
0.00
0.00
5.99
0.75
0.00
0.00
0.19
2.21
3.91
0.73
0.61
1.85
1.32
8.00
7.41
1.81
1.20
2.87
0.40
3.35
4.58
1.73
1.38
2.85
0.15
0.61
0.55
0.23
0.30
0.21
舟山（0.07）
14.26 0.00 6.84 17.12 9.68 19.37 17.06 8.82 17.31 12.96 0.72 0.00
31.41 0.00 32.03 41.22 32.19 31.97 35.60 36.61 32.41 26.32 9.99 0.00
33.35 91.08 40.46 27.43 31.45 30.12 25.12 31.39 27.22 27.43 36.65 0.00
有效风速小时数
表1.浙江省各地区平均年有效风小时数
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
地区
舟山 宁波 嘉兴 台州 湖州 杭州 绍兴 温州 衢州 金华 丽水
年有效风速小时数（ 小时）
7350 4860 4700 4293 3500 3416 3024 2562 1866 1820 1050
风速的日变化
8 m/s
7
6
5
沿海
4
高山
3
海岛
2
1
0 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 时
风速日变化图
风速日变化主要是由于下垫面在 一天中受热不同而引起的。一般而言， 在内陆和沿海，日出以后，地面逐渐 变热，上下层空气的湍流变换开始加 强，上层空气的动能下传使得近地层 空气获得能量，风速逐渐增大。大约 到 15 时 左 右 到 达 最 大 值 。 之 后 ， 地 面温度逐渐下降，湍流交换逐渐减弱， 近地层空气得不到动量或得到很少上 层空气传来的动能，再加上地面的摩 擦消耗作用，风速随之减小，至清晨 达到最小。如此完成一个风速日变化 循环。如果有天气系统入侵，这种日 变化规律就会被破坏。
W30 0.8 W50
式中：W30 --30 米高度风功率密度，W m2 W50 --50 米高度风功率密度，W m2 。
若考虑空气密度随高度发生的变化，则W30将比按上式计算得出的值小些。
风功率密度
风功率密度大的地区在浙 江全省较分散，适合分散 式方式利用风电。
浙江省50米高年平均风功率密度实测值分布（·表示用电负荷中心）
W
N iVi3
2N
式中：W — 平均风能密度，W m2 ；
Vi — 等级风速， m / s ； N i — 等级风速出现的次数； N — 各等级风速出现的总次数； —空气密度， kg m3 。
风功率密度
由于分散式风力发电机功率较小，安装高度一般离地面30米左右，假设空气密度 在离地面30~50米高度内不变化，则有：
建设分散式风力发电项目的基本要 素分析(以浙江省为例)
目录
CONTENTS
1
项目背景
2 研究内容及意义
3 技术方案
4 浙江省基本要素
5 风力机分散布置在配电 网侧的基本要素
6 主要结论及开发、管理 和政策方面的建议
7 风力发电机分散式并入 配电网的技术标准
8 参考文献
1
项目背景
项目背景
中国风力资源丰富，陆上技术可开发量约为6～ 10亿千瓦，海上约1～2亿千瓦[1]。除成片可供建 大型风电场的风资源外，还有许多分散的风资源， 如一些丘陵、山峰、某些风通道、海岛等。由于 这些风资源较分散，用这些风资源发电，然后再 送入输电网络，成本较高。
配电网中分布式电源的分散布置预计会不断增长， 这促使了人们对配电网进行相关研究。欧盟导则 2003/54将分布式电源定义为解决配电网扩建问题 的计划可选途径，这为风力发电分散式并入配网的 实行提供了参考。
3
技术方案
风电直接并入配电网
110kV输电线路
110kV 变电站
10kV配电网
10kV配电 380低压配电网 变压器
风功率密度
表2: 30米高度风功率密度占该地区面积的百分比
单位：（ % ）
风功率密度 （w/m2）
地区面积 （万平方公里）
0～80 非常贫乏
区
80～120贫 乏区
120～160 贫乏区
160～200 次可利用
区
200～240 可利用区
大于240 次丰富区
全省（10.18） 嘉兴（0.47） 湖州（0.69） 杭州（1.93） 衢州（1.04） 丽水（0.19） 金华（1.28） 绍兴（0.93） 温州（1.38） 台州（1.10） 宁波（1.10）
2
研究内容及意义
研究内容
研究发展配网端并入的分布式风电，其 成本、电负荷、风资源、地理状况等因 素之间的关系及在技术上应采取的措施 和政策上的策略等。
研究意义
对微电网和智能电网的发展有重要作用，并为将来 太阳能、生物质能等其它小型分散式发电装置的使 用及并网问题提供参考依据。
可对风电离网型应用提供参考（离网型应用指的是 耗电大户，如制氢、海水淡化、电解铝、盐化工等， 由于这些用户对电能质量要求不高，可以将风力发 出的电直接供给这些用户，在不生产时将多余的风 电并网）。
3
弃风现象 严重
项目背景 4
4 并网需克服的主要问题
（1）影响电网的频率； （2）由于风电的不稳定性，影响了电力预测的准确性， 因而加大了电网调度和运行的难度； （3）影响电压的调整； （4）影响电能质量（如电压波动和闪变，谐波等）； （5）电网的稳定性及无功补偿问题； （6）低电压穿越问题。
项目背景 4
风速的年变化
80 0.1m/s
来自百度文库70
北仑
60
天目山
嵊泗
50
40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月
月平均风速年变化图
风速在一年当中是有变化的，
以月平均风速为例，海岛及高山 的年风速变化较小，沿海地区的 风速年变化较大。
如图所示，海岛以嵊泗为例， 最小值出现在6月，最大值出现在 2月，两者相差约14.3%；高山以 天目山为例，最小值出现在9月， 最大值出现在3月，两者相差也是 约14.3%；沿海地区以北仑为例， 最小值出现在6月，最大值出现在 1月，两者相差约33.3%。
8.07 8..92 5.88 5.21 9.26 6.78 7.62 9.14 6.13 8.57 11.56 0.00
6.00
6.91
0.00
0.00
3.99
11.15
2.82
6.20
6.02
11.40
7.06
4.70
5.25
9.34
6.97
7.07
5.93
11.00
9.87
14.85
8.17
32.90
5 合理开发利用风能资源
为更加充分地利用分散的风资源，将风力发电机在配 电网中分散布置，并作为一个负载（负的）。用这种方式， 不论风是否稳定，用户均可得到稳定的电力供应，而电力 公司也可以通过调节风力发电来调节用户，使电力公司增 加了调节手段。
此外，这种方式将风能就地消纳，不需通过输电网输 送风电，因而可以减少输电网送电压力，降低损耗，减少 输变电设备，从而降低风电的接入成本和使用成本。对于 有用电负荷需求且风力资源分散的地区，是合理开发利用 风能资源的一种重要手段。促使风电的大规模发展。
年平均风速
在近地层，风速随高度的增加而增大。根据Peterson的研究，风速随 高度的变化规律可用下式表示[2]：
年平均风速
浙江省50米高度年平均风速分布图
由图可知，浙江全省50米高度总体年 平均风速约为5.0m/s左右，其特征是， 近海地区年平均风速较高，一般都在 7.0m/s以上，离大陆较远的海岛年平 均风速可达8.2m/s左右。整体来看， 除沿海地区外，其余地区年平均风速 高（大于等于6.5m/s）的地区呈现分 散分布状态，这一点非常有利于分散 布置并入的风电。
可用永磁 式发电机， 解决低电 压穿越问 题
简化了输电 系统，减少 了升压设备、 输电线路及 相应的辅助 设备
01 02 03 04 05
4
浙江省基本要素--风资 源及分析
浙江省地理概况
浙江省地图
风电直接并入配电网的接入方式是通过 改变负荷而消纳风电，非常适合有一定 负荷需求和风能资源的地区。浙江省就 是这样一个地区。
0.87
4.56
4.50
1.76
1.48
2.87
0.33
3.40
4.09
1.53
1.43
1.58
0.96
4.47
5.26
1.52
1.80
3.64
0.63
2.90
0.42
1.70
2.39
3.92
0.03
1.10
5.64
2.29
1.98
8.69
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1.68
数据分析
根据表2可计算出浙江省各地区 的风资源，如表3所示。估算结果为： 浙江省离地30米高度陆地风能资源 总储量约1.30×106 MW，风能资源 技术可开发量约4.51×105 MW（表3 中风能次可利用区、可利用区和次 丰富区之和），次丰富区风能资源 有1.688×105 MW。
0.00
100.00
数据分析
除嘉兴地区外，浙江省其它地区均有 一定比例的风能次丰富区，而舟山，宁波、 台州地区比例较高，特别是舟山地区，全 地区年平均风功率密度均大240w/m2，其 次是温州、衢州和湖州地区。除舟山、湖 州和衢州外，其它几个地区均是浙江省工 业经济比较发达的地区，用电负荷也较高。 其余地区风能密度虽低些，但用电负荷也 较低，风能资源与用电需求有一定的匹配 性。