專利名稱：復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)IEC 61400-1 :2005 [1](國際電工技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定，50年一遇10分鐘最大風(fēng)速和平均風(fēng)速是決定風(fēng)電機(jī)組極限載荷和疲勞荷載的關(guān)鍵指標(biāo)，也是風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)中風(fēng)電機(jī)組選型和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)之一?？諝饬鲃?dòng)的動(dòng)能作用在風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上， 推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)變成電能，風(fēng)輪直徑越大發(fā)電量越多，但承受極限強(qiáng)度越大。國標(biāo)《風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組安全要求》(GB18451. 1-1)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速和湍流參數(shù)，將風(fēng)電機(jī)組分為I IV級(jí)安全等級(jí)，I級(jí)為最高，承受最大風(fēng)速也最大。風(fēng)電機(jī)組制造商主要通過改變風(fēng)輪直徑來滿足風(fēng)電機(jī)組安全要求，I級(jí)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑相對(duì)最小。在復(fù)雜地形(高差較大的山地)風(fēng)速隨相對(duì)高度變化比較顯著，不同高度位置處的風(fēng)速有較大差別，相對(duì)位置較高處的最大風(fēng)速和平均風(fēng)速較高，但為保證風(fēng)電機(jī)組安全， 往往通過減小風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑來滿足風(fēng)電機(jī)組安全要求，這樣風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量降低很多，沒能充分利用風(fēng)能資源。例如根據(jù)50年一遇10分鐘最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)風(fēng)能資源較好的風(fēng)電場(chǎng)都處于風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)為III級(jí)范圍內(nèi)，但在復(fù)雜地形下，經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)為II級(jí)的風(fēng)速，這樣在確定的風(fēng)場(chǎng)范圍內(nèi)，出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)為 II和III級(jí)的風(fēng)速。對(duì)于出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)為II和III級(jí)風(fēng)速的風(fēng)電場(chǎng)，為了適應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的安全性要求，通常做法是選擇較高的II級(jí)安全風(fēng)電機(jī)組機(jī)型，II級(jí)安全風(fēng)電機(jī)組較III 級(jí)安全風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑小，相應(yīng)利用風(fēng)能資源的能力低，風(fēng)力發(fā)電量降低。針對(duì)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)為II和III級(jí)風(fēng)速的風(fēng)電場(chǎng)，選擇風(fēng)電機(jī)組安全等級(jí)較高機(jī)型，未充分利用風(fēng)能資源。本發(fā)明是在不減小風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑來滿足安全要求方法或者對(duì)滿足安全要求的風(fēng)機(jī)增加風(fēng)輪直徑，提高風(fēng)能資源利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組輪轂高度以改變風(fēng)力機(jī)處的風(fēng)速，而不提高電機(jī)組安全等級(jí)，解決了適應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的安全性要求；或者對(duì)滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)增加風(fēng)輪直徑， 提高風(fēng)能利用。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組輪轂高度來滿足安全性要求相對(duì)縮小風(fēng)輪直徑帶來更好的收益；對(duì)滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)增加風(fēng)輪直徑實(shí)現(xiàn)最大利用風(fēng)能資源。通過調(diào)整風(fēng)電機(jī)組輪轂高度和風(fēng)輪直徑，實(shí)現(xiàn)最大利用風(fēng)能資源，提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電能力，從而獲得最佳發(fā)電量。為此，本發(fā)明提出了一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法，該方法包括一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法，其特征在于，該方法包括步驟Si，獲得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風(fēng)機(jī)是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑和輪轂高度。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，該方法還包括步驟S4，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行分析計(jì)算， 獲得各個(gè)風(fēng)電機(jī)組位置處的風(fēng)輪直徑和輪轂高度。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，步驟Sl具體包括根據(jù)具有代表性的風(fēng)資源、區(qū)域地形圖、風(fēng)電機(jī)組資料、風(fēng)機(jī)布置方式和相關(guān)氣象資料，利用風(fēng)能專業(yè)計(jì)算軟件計(jì)算計(jì)算不同位置處的50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，步驟S2具體包括根據(jù)步驟Sl獲得的數(shù)據(jù)，判斷哪些風(fēng)機(jī)滿足安全性要求，哪些風(fēng)機(jī)不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)各個(gè)風(fēng)機(jī)位置處50 年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，判斷各個(gè)風(fēng)機(jī)是否位于所述50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)范圍內(nèi)，若位于所述范圍內(nèi)，則滿足安全性要求，否則不滿足安全性要求。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，步驟S3具體包括對(duì)于滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，增加風(fēng)輪直徑或增高輪轂高度以提高風(fēng)能利用，對(duì)于不滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，減小風(fēng)輪直徑或降低輪轂高度以滿足安全性要求。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，步驟S3還包括對(duì)于調(diào)整后的風(fēng)輪直徑或輪轂高度進(jìn)行安全性判斷，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整風(fēng)輪直徑或輪轂高度至滿足安全性要求的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，步驟S4具體包括(1)對(duì)于最大風(fēng)速滿足要求，部分平均風(fēng)速較低的位置通過增加風(fēng)輪直徑來提高風(fēng)能資源利用時(shí)，分析增加風(fēng)輪直徑引起的尾流增加并與未增加風(fēng)輪直徑前的發(fā)電量進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整風(fēng)輪直徑；(2)對(duì)于最大風(fēng)速滿足要求，部分平均風(fēng)速較高的位置通過縮小風(fēng)輪直徑或者降低輪轂高度來滿足風(fēng)機(jī)的安全性要求，分別對(duì)縮小風(fēng)輪直徑和降低輪轂高度這兩種調(diào)整方式的發(fā)電量和/ 或成本進(jìn)行計(jì)算，選擇發(fā)電量高和/或成本低的調(diào)整方式。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)方面，在步驟S4的O)中，相比通過縮小風(fēng)輪直徑來滿足安全性的要求，降低輪轂高度能夠降低成本并且可以增加發(fā)電量，選擇降低輪轂高度這一調(diào)整方式，以提高風(fēng)能利用水平。


圖1示出了本發(fā)明提出的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明提出的復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明提出的方法包括步驟Si，獲得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風(fēng)機(jī)是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑或輪轂高度；步驟S4，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得各個(gè)風(fēng)電機(jī)組位置處的風(fēng)輪直徑和輪轂尚度。下面對(duì)上述步驟進(jìn)行更詳細(xì)地描述在步驟Sl中，根據(jù)具有代表性的風(fēng)資源、區(qū)域地形圖、風(fēng)電機(jī)組資料、風(fēng)機(jī)布置方式和相關(guān)氣象資料，利用風(fēng)能專業(yè)計(jì)算軟件計(jì)算不同位置處的50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)；在步驟S2中，根據(jù)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，判斷哪些風(fēng)機(jī)滿足安全性要求，哪些風(fēng)機(jī)不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)步驟Sl計(jì)算得到的不同位置處的50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)以及表1 “風(fēng)電機(jī)組等級(jí)基本參數(shù)表”來判斷風(fēng)機(jī)是否超過相應(yīng)的等級(jí)安全要求，例如某位置處的平均風(fēng)速超過7. 5m/s、50年一遇最大風(fēng)速超過37. 5m/s，表示該位置處風(fēng)機(jī)的安全等級(jí)超過III級(jí)，如果該位置處安裝的風(fēng)機(jī)為III級(jí)或IV級(jí)，則風(fēng)機(jī)不滿足安全性要求，如果該位置處的平均風(fēng)速小于7. 5m/s、50年一遇最大風(fēng)速小于37. 5m/s，那么若該位置處安裝的風(fēng)機(jī)為III級(jí)則滿足安全性要求。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組安全要求》(GB18451. 1_2001)，本工程為非近海安裝的風(fēng)力機(jī)，暫按一般安全等級(jí)要求風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組等級(jí)基本參數(shù)，見下表。表1風(fēng)電機(jī)組等級(jí)基本參數(shù)表
WTGS等級(jí)IIIIIIIVvref (m/ s)5042. 537.530Vave (m/S)108. 57. 56A1.50. 180. 180. 180. 18a2222BI150. 160. 160. 160. 16a3333 表中各數(shù)值應(yīng)用于輪轂高。WTGS-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組vref-50年一遇最大風(fēng)速Vave-平均風(fēng)速A-較高湍流特性級(jí)B-較低湍流特性級(jí)I15-湍流強(qiáng)度15m/s時(shí)特性值a-斜度參數(shù)在步驟S3中，對(duì)于滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，優(yōu)先考慮增加風(fēng)輪直徑以提高風(fēng)能利用，對(duì)于不滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，優(yōu)先考慮降低輪轂高度以滿足安全性要求，對(duì)于風(fēng)輪直徑或輪轂高度的調(diào)整需要進(jìn)行安全性分析，確定所述調(diào)整在滿足安全性要求的范圍內(nèi)。目前風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家提供的主流機(jī)型均為單機(jī)容量在1500KW以上、三葉片、變槳距、輪轂高度在60m以上的風(fēng)電機(jī)組，設(shè)計(jì)不同的風(fēng)輪直徑大小用于滿足不同的安全等級(jí)要求，一般風(fēng)輪直徑越小滿足的安全等級(jí)越高，另一方面風(fēng)輪直徑越小所產(chǎn)生的發(fā)電量也越小。對(duì)于最大風(fēng)速所帶來的極限載荷往往通過加強(qiáng)某些部件得以滿足，但對(duì)于平均風(fēng)速過大帶來的疲勞荷載不太容易解決。絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)的一次開發(fā)規(guī)模為50MW，對(duì)于復(fù)雜地形的風(fēng)電場(chǎng)來說，一般海拔高度較低的風(fēng)機(jī)位置處的平均風(fēng)速較小，海拔高度較高的風(fēng)機(jī)位置處的平均風(fēng)速較大，而一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)均裝設(shè)相同型號(hào)的風(fēng)電機(jī)組，對(duì)于有的風(fēng)電場(chǎng)所選擇的風(fēng)電機(jī)組滿足絕大多數(shù)風(fēng)機(jī)位置處的安全要求，由于海拔高度較低的風(fēng)機(jī)位置處的
5平均風(fēng)速較小，滿足安全性要求的余度較大，完全可以通過增大風(fēng)輪直徑或增高輪轂高度來增加發(fā)電量；對(duì)于有的風(fēng)電場(chǎng)所選擇的風(fēng)電機(jī)組不滿足小部分風(fēng)機(jī)位置處的安全要求， 對(duì)于絕大多風(fēng)機(jī)位置處的平均風(fēng)速較高，極少數(shù)特別高的，可以通過降低輪轂高度來滿足安全性的要求，相比通過縮小風(fēng)輪直徑來滿足安全性的要求，可以增加發(fā)電量、提高風(fēng)能利用水平。下面結(jié)合具體實(shí)例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的方法。(1)改變風(fēng)輪直徑來提高風(fēng)能利用某風(fēng)電場(chǎng)所用單機(jī)容量為1500kW的33臺(tái)某種型號(hào)風(fēng)機(jī)，通過計(jì)算結(jié)果，選用風(fēng)輪直徑為8 !可以滿足安全性要求。下表為風(fēng)電場(chǎng)不同海拔和位置處的風(fēng)速測(cè)算表。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法，其特征在于，該方法包括步驟Si，獲得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風(fēng)機(jī)是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑或輪轂高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括步驟S4，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得各個(gè)風(fēng)電機(jī)組位置處的風(fēng)輪直徑和輪轂高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟Sl具體包括根據(jù)具有代表性的風(fēng)資源、區(qū)域地形圖、風(fēng)電機(jī)組資料、風(fēng)機(jī)布置方式和相關(guān)氣象資料計(jì)算不同位置處的50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S2具體包括根據(jù)步驟Sl獲得的數(shù)據(jù)，判斷哪些風(fēng)機(jī)滿足安全性要求，哪些風(fēng)機(jī)不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)各個(gè)風(fēng)機(jī)位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，判斷各個(gè)風(fēng)機(jī)是否位于所述50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)范圍內(nèi)，若位于所述范圍內(nèi)，則滿足安全性要求，否則不滿足安全性要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S3具體包括對(duì)于滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，增加風(fēng)輪直徑或增高輪轂高度以提高風(fēng)能利用，對(duì)于不滿足安全性要求的風(fēng)機(jī)，減小風(fēng)輪直徑或降低輪轂高度以滿足安全性要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S3還包括對(duì)于調(diào)整后的風(fēng)輪直徑或輪轂高度進(jìn)行安全性判斷，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整風(fēng)輪直徑或輪轂高度至滿足安全性要求的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，步驟S4具體包括(1)對(duì)于最大風(fēng)速滿足要求，部分平均風(fēng)速較低的位置通過增加風(fēng)輪直徑來提高風(fēng)能資源利用時(shí)，分析增加風(fēng)輪直徑引起的尾流增加并與未增加風(fēng)輪直徑前的發(fā)電量進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整風(fēng)輪直徑；( 對(duì)于最大風(fēng)速滿足要求，部分平均風(fēng)速較高的位置通過縮小風(fēng)輪直徑或者降低輪轂高度來滿足風(fēng)機(jī)的安全性要求，分別對(duì)縮小風(fēng)輪直徑和降低輪轂高度這兩種調(diào)整方式的發(fā)電量和/或成本進(jìn)行計(jì)算，選擇發(fā)電量高和/或成本低的調(diào)整方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在步驟S4的( 中，相比通過縮小風(fēng)輪直徑來滿足安全性的要求，降低輪轂高度能夠降低成本并且可以增加發(fā)電量，選擇降低輪轂高度這一調(diào)整方式。
全文摘要
提出了一種復(fù)雜地形下提高風(fēng)能利用的方法，屬于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括步驟S1，獲得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組位置處50年一遇最大風(fēng)速和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟S1中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風(fēng)機(jī)是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風(fēng)機(jī)的風(fēng)輪直徑和輪轂高度。本方法解決了當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)無法在滿足安全性要求的情況下獲得最佳發(fā)電量的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)F03D9/00GK102235314SQ20111018045
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者孫少軍, 孫立新, 彭懷午, 杜燕軍, 聶維新 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院