风电场后评估及发电量提升

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关键技术成果容风电场后评估及发电量提升
2015-03-15
一、前言。

经过几年的风电项目的开发与发展，我国风电装机容量已经十分巨大，风电的迅猛发展无疑带来了巨大的机遇，但同时也带来了巨大挑战，已建成风电场实际运行和经济效益存在一定的问题。

风电场项目后评估是指对已经投产运行的风力发电项目的预期目标、执行过程、效益、作用和影响等进行的系统、客观的分析和评价。

通过对项目活动实践的检查总结和分析评价，确定项目预期的目标是否达到。

项目的主要效益指标是否实现，从而达到肯定成绩、总结经验、吸取教训、提出建议、改进工作、不断提高后续项目的决策水平和投资效果的目的。

对于风力发电行业来说，全面而适时的风电场项目的后评估将会为行业的健康和持续发展提供指导和警示作用。

风电机组实际运行环境千差万别，温度、地形、海拔存在差异；风电机组实际运行工况也存在差异，包括风速、空气密度、湍流强度、风向等；而同一风电场的机组每台机组间由于设计、制造、安装等误差也存在个体性能差异。

目前，在运风场中同一机型基本采用相同的控制策略。

如果能够根据环境差异、运行工况差异和机组个体性能差异来调整风电机组的控制策略，就可以充分挖掘每台机组的发电潜力，一定会带来显著的经济和环境效益。

本成果提出了一种通过后评估对风电场运行情况进行评价，不仅将风力发电项目后评估信息反馈到未来项目开发中去，而且通过数据分析，发电量优化等有效手段对运行中的风力发电机组进行改进，提高风电机组发电效率。

二、成果的主要用途和技术原理。

一般来说，在项目期中的每一个阶段几乎都需要评估。

项目的评估体系包括前评估、跟踪评估(中期评估)和后评估。

由于后评估的时点、目的、功能不同于前评估和跟踪评估，所以它具有不可替代的作用。

对已运行风电场进行必要的后评估，及时的发现问题并加以解决，可以用于指导风电场的前期建设及后期运行管理。

本成果通过对运行期间的测风数据、风电场的地形地貌等一系列相关数据进行分析，并通过风资源评估软件wasp，windpro对风电场进行建模计算，得出风电场理论发电量，并结合实际运行数据和经验数据，考虑环境因素后对风电场发电量进行科学的折减。

通过对已投产风力发电项目的实际运行情况和预期目标进行对照，考察项目投资决策过程的正确性和预期目标的实现程度，发现问题并查明原因。

本成果能够根据环境差异、运行工况差异和机组个体性能差异来调整风电机组的控制策略，例如：减小风机的偏航误差，提高风机对风精度；调整追踪最优功率模态参数，使机组在不同运行环境下的Cp值最大；校准叶片的参考零位和工作角度随工况实时调整，使叶片处于最优的工作角度等等。

优化风机控制参数可以在不增加大量硬件投入的情况下，充分挖掘每台机组的发电潜力，提高发电效率。

三、关键技术和创新点。

本成果在风电场后评估、通过差异化控制提升发电量等关键技术面取得创新，具体如下：
1、已运行风电场后评估。

运用风资源评估软件对已运行风电场进行建模，
并计算各个风机点位的发电量，计算发电量与实际运行期间的发电量进
行对比，分析风电场发电运行期间的发电情况，并找出发电较差的风电
机组进行分析，技术改进。

2、通过现场运行数据挖掘分析与仿真计算，研究温度、海拔、空气密度等
环境参数差异对风机发电效率的影响；研究风机制造误差、安装误差、
设计误差、部件变形磨损、叶片污垢结冰等个体差异因素对风机发电效
率的影响；研究风湍流、风向、风机尾流等风资源特性差异对风机发电
效率的影响。

针对影响风电机组发电量的诸多环境因素，优化机组控制
参数，如变桨角度、偏航角度、切入切出策略等。

3、优化风电机组功率控制策略。

针对不同风速，控制系统给出合适的转速
和转矩设定值，使叶片运行在叶尖速比条件下，使风力发电机组叶片效
率达到最优值。

同时经过精确计算扩大并设定最合理的发电运行转速
围，使风电机组在更宽的转速围以最优叶尖速比状态运行工作。

拓宽机
组最佳风能利用区间，提高风能利用系数和发电量。

四、通过数据查新检索，阐述本成果与同类先进成果技术指标比对分析情况。

随着风电装机容量和上网电量的逐渐增多，土地资源匮乏和环境保护等问题日益重，风电的发电效率被推到更加重要的位置。

但是，很多风电场实际发电水平无法达到设计预期是我国风电发展普遍存在的问题。

在这种情况下，风电场后评估显得尤为重要，目前，国外做的较多，国这面的工作也在陆续开展。

努力降低风力发电成本，是推动风力发电的重要一环，在降低成本的诸多因素中从技术上提高风力发电机组的年发电量是重要的一个面。

例如增大叶轮直径，从而增大受风面积、增加塔筒高度来提高年平均风速等，但是提高风电机组的硬件水平无疑增加了设计难度与制造成本，而且对于陆上风电场，日益大型的风力发电机组的运输，安装存在相当的困难。

在不改变现有硬件的基础上提高风
电场的发电能力成为企业共同追逐的目标。

以华能烟墩第四风电场为例，根据所搭建的风电场模型，可以计算出每台风电机组的理论发电量，通过估算发电量折减系数，得到计算的上网电量，并与实际发电结果比较，见表格如下：
计算理论发电量折减系数计算上网电量实际上网电量
147228 17.12% 122072 121901
在类似项目前期设计阶段，发电量综合折减系数取值通常较大，通过本成果对于发电量折减系数的评估，可为将来风电项目前期设计提供参考。

经过对风电机组的评估分析，机组存在问题如下：偏航误差精度不高、叶片工作位置不是最优、追踪最优功率模态参数在该运行环境下不是最优等，通过对风机控制参数进行优化，风电机组功率曲线明显提升，详见下图：
发电量：发电量是体现风电机组综合性能的关键指标，将优化前后的功率曲
线在该风电场运行期间风况下的发电量进行比对。

分析如下：首先给出发电量计算公式：
⎰=
cutout
cutin
dV V
f
V
P
Y
E)
(
)
(
P(V) ---功率曲线，即发电能力是风速的函数
f(v) ---风速weibull分布概率密度函数
E----年发电量
Y--- 一年的小时数，取8760.
其次定义风电场参数如下：
空气密度：ρ=1.1kg/m3；
70m轮毂高度处平均风速：6.1m/s；
由此计算得出优化前后风电机组的单台发电量如下:
从上表可以看出，通过修改风机的控制参数来提高风电机组的发电量没有增加硬件成本，发电量明显提高。

五、经济及社会效益情况
能源和环境是全球共同面临的重大问题，加快开发利用可再生能源是解决人类能源和环境问题的必由之路。

风电是目前技术最成熟、最具市场竞争力、且极具发展潜力的新能源发电技术。

截止2013年底，全国累计并网容量达7716万千瓦，对已运行风电场进行必要的后评估，可以用于指导风电场的前期建设及后期运行管理，通过优化风机的控制参数来提高发电能力，进而最大化的提高发电企业的盈利水平。

以华能烟墩风电场为例，本成果通过优化风机控制参数可以提高单机发电量1.89%。

折合运行期间年发电量11286万元，考虑到全国现有大量已装机的风电机组，本成果如果在全国围推荐，将实现巨大的经济效益。

六、专利情况
发明专利：
《一种风力发电机组振动与载荷综合评估系统及评估法》
专利号：3.4
《风电机组振动检测装置及法》专利号：6.4
实用新型专利：
《抑制大型风电机组振动的控制系统》专利号：6.6
《一种风力发电机组的虚拟现实仿真系统》专利号：2.9
七、必要的图表及照片
表1 发电量折减系数
1 气候影响停机 1.0
2 控制及湍流折减 4.0
3 风机利用率折减 2.9
4 场用电及线损折减 4.0
5 电网限电折减 5.5
6 其他折减 1.0
7 综合折减17.12
图1 计算与实际发电量按月对比。