關(guān)于風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分析

金花

摘 要：根據(jù)沿海灘涂風(fēng)電場各風(fēng)機近7年的運行數(shù)據(jù)和測風(fēng)塔1年的實測數(shù)據(jù)，采用WAsP10.0軟件，對本風(fēng)電場進行數(shù)值模擬設(shè)計；并與選擇風(fēng)電場2011年實測運行數(shù)據(jù)進行差異分析，根據(jù)對比結(jié)果，進一步對場內(nèi)各排布風(fēng)機資源進行統(tǒng)計分析，進而得出風(fēng)電場風(fēng)機布置時的需考慮的排布建議。

關(guān)鍵詞：資源分布；風(fēng)機布置；數(shù)值模擬；產(chǎn)量變化

中圖分類號：TM614 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0163-04

1 概述

本文選擇某已運行近7年的灘涂風(fēng)電場工程的運行數(shù)據(jù)及臨近場址附近的實測測風(fēng)塔數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)電場地形特點，采用適用于平坦風(fēng)電場的WAsP10.0軟件，對實際運行數(shù)據(jù)和模擬值進行對比分析。

根據(jù)風(fēng)電場主導(dǎo)風(fēng)向，本工程機組主要沿海岸線布置，海岸線呈不規(guī)則的南北走向，場址主導(dǎo)風(fēng)向以東南風(fēng)和東北風(fēng)為主，場內(nèi)地形地貌為魚塘；風(fēng)電場安裝了81臺750kW風(fēng)電機組，輪轂高度為60米，風(fēng)輪直徑為50米；所有風(fēng)機以東北-西南向分10組排布，經(jīng)監(jiān)控后臺導(dǎo)出所有風(fēng)機輪轂高度60米處的各月平均風(fēng)速、月發(fā)電量和各月風(fēng)向分布表（81臺風(fēng)機安裝位置圖見附件（風(fēng)電場平面布置圖如圖1所示））。本工程場外圍有2座測風(fēng)塔，測風(fēng)塔離風(fēng)電場中心距離約2.5km，最遠的風(fēng)機離該塔約4km。

收集1#塔2011完整自然年實測風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效完整率為99.7%。收集2#測風(fēng)塔2011完整自然年實測風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效完整率為96.5%。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 運行數(shù)據(jù)

本風(fēng)電場共安裝了81臺750kW機型，輪轂高度60m，風(fēng)輪直徑50m，表1列出了風(fēng)電場81臺風(fēng)機近7年各風(fēng)機年平均風(fēng)速，年上網(wǎng)電量和可利用率。

由表1可見，2009年至2015年各風(fēng)機年平均風(fēng)速分別為5.67m/s、5.80 m/s、5.46 m/s、5.81m/s、5.74m/s、5.58m/s、5.32m/s；等效滿負荷小時數(shù)分別為1420、1540、1178、1481、1441、1607、1147小時。風(fēng)電場所有風(fēng)機年平均可利用率除了2010年和2012年在70%以上外，其他年份年平均可利用率在80%以上，風(fēng)電場風(fēng)機可利用率在70%-98%之間。

2.2 測風(fēng)數(shù)據(jù)分析

表2列出了兩個測風(fēng)塔自2011年不同高度年平均風(fēng)速值。

2.2.1 風(fēng)速月際變化

測風(fēng)塔所測風(fēng)速中，春秋季節(jié)風(fēng)速較大，夏冬季節(jié)風(fēng)速較小。2號測風(fēng)塔60m高度年平均風(fēng)速為5.7m/s，圖2風(fēng)電場兩測風(fēng)塔風(fēng)向玫瑰分布圖1號測風(fēng)塔60m高度年平均風(fēng)速為5.6m/s。2號位于1號的東側(cè)，說明風(fēng)電場東部的風(fēng)速要優(yōu)于西部。

2.2.2 場址所在地區(qū)風(fēng)向分布

圖2為兩測風(fēng)塔2011年同期風(fēng)向玫瑰圖，風(fēng)電場全年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，次主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)。

2.3 運行數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相對比分析

風(fēng)電場各風(fēng)機按300m-400m的間距排布，東西向間距為300m，南北向間距為400m，由南向北共計10排風(fēng)機。因場址北側(cè)為河道，沿著河道南側(cè)兩排風(fēng)機臺數(shù)分別為3臺和4臺。后面8排風(fēng)機臺數(shù)分別在5-7臺左右排布。本工程數(shù)值模擬計算軟件采用WAsP10.0，計算輸入條件統(tǒng)一，tab數(shù)據(jù)為場內(nèi)兩座測風(fēng)塔2011年全年實測數(shù)據(jù)；為了便于分析風(fēng)機排布過程中風(fēng)速衰減的趨勢，選擇了場內(nèi)部分由東北-西南方向延伸的10排點位對比分析，共計56臺機位，表3列出了風(fēng)電場750kW部分風(fēng)機2011年實際運行數(shù)據(jù)及WAsP10.0模擬計算數(shù)據(jù)。

由表3可見，風(fēng)電場750kW各風(fēng)機2011年實際運行數(shù)據(jù)中，56臺風(fēng)機年平均風(fēng)速為5.55m/s，WAsP10.0模擬出年平均風(fēng)速為5.62m/s，模擬風(fēng)速比實際運行風(fēng)速高0.07m/s，2011年實際等效滿負荷小時數(shù)是1209h，WAsP10.0模擬出年等效滿負荷小時數(shù)為1124h。

由圖3可見，各風(fēng)機運行發(fā)電量數(shù)據(jù)與軟件模擬值變化規(guī)律一致。

表4列出風(fēng)電場6排風(fēng)機在實際運行過程中，上風(fēng)向風(fēng)機與下風(fēng)向風(fēng)機（前后風(fēng)機）之間的風(fēng)速和發(fā)電量的差值。

由表4可見，第1排風(fēng)機，上風(fēng)向A14號風(fēng)機風(fēng)速比A13號風(fēng)機高0.06m/s，上風(fēng)向A13號風(fēng)機風(fēng)速比A12號風(fēng)機高0.23m/s。

第2排風(fēng)機中，上風(fēng)向上風(fēng)向A11號風(fēng)機風(fēng)速比A10號風(fēng)機高0.29m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A10號風(fēng)機風(fēng)速比A9號風(fēng)機低0.08m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A9號風(fēng)機風(fēng)速比A8號風(fēng)機高0.12m/s。

第3排風(fēng)機中，上風(fēng)向上風(fēng)向A7號風(fēng)機風(fēng)速比A6號風(fēng)機高0.21m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A6號風(fēng)機風(fēng)速比A5號風(fēng)機低0.05m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A5號風(fēng)機風(fēng)速比A4號風(fēng)機高0.09m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A4號風(fēng)機風(fēng)速比A3號風(fēng)機高0.14m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A3號風(fēng)機風(fēng)速比A2號風(fēng)機低0.03m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A2號風(fēng)機風(fēng)速比A1號風(fēng)機低0.02m/s。

第4排風(fēng)機中，上風(fēng)向上風(fēng)向A21號風(fēng)機風(fēng)速比A20號風(fēng)機高0.21m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A20號風(fēng)機風(fēng)速比A19號風(fēng)機高0.03m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A19號風(fēng)機風(fēng)速比A18號風(fēng)機高0.15m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A18號風(fēng)機風(fēng)速比A17號風(fēng)機高0.05m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A17號風(fēng)機風(fēng)速比A16號風(fēng)機低0.03m/s，上風(fēng)向上風(fēng)向A16號風(fēng)機風(fēng)速比A15號風(fēng)機高0.1m/s。

有圖可見，風(fēng)電場第5、6、7三排下風(fēng)向位置的風(fēng)機中空出300-600m的不同間距，使得這片風(fēng)機呈梅花形布置，減少了風(fēng)機間的相互影響，上下風(fēng)向之間的風(fēng)速差值在0.2m/s以內(nèi)，大部分機位風(fēng)速差值在0.1m/s左右。

由表5發(fā)電量上的差異中可見，大部分上風(fēng)向機位與下風(fēng)向機位等效滿負荷小時數(shù)的差值之間按倍數(shù)遞減，但主要是上風(fēng)向的第一個機位和第二個機位之間的差值較大，上風(fēng)向風(fēng)機對下風(fēng)向的干擾很明顯。

2.4 運行數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分析成果

實際運行數(shù)據(jù)比軟件數(shù)值模擬年平均風(fēng)速偏小約0.07m/s，根據(jù)其他以往工程及本工程可見，運行風(fēng)速數(shù)據(jù)與實測風(fēng)速數(shù)據(jù)差值在0.08m/s-0.1m/s屬于在合理變化范圍內(nèi)。本報告實際發(fā)電量高出模擬發(fā)電量的原因是：實際運行發(fā)電量來源于不同風(fēng)機的產(chǎn)量，而軟件采用了一種功率值和推力系數(shù)進行計算的。

風(fēng)電場各風(fēng)機實際運行風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化受主導(dǎo)風(fēng)向的影響較明顯，上風(fēng)向風(fēng)機風(fēng)速高于下風(fēng)向風(fēng)機，隨著機位在下風(fēng)向位置上數(shù)量的遞增，各機位風(fēng)速呈逐漸走低的趨勢，上風(fēng)向機位風(fēng)速與下風(fēng)向風(fēng)機風(fēng)速平均差值在0.1m/s左右，上風(fēng)向第一個風(fēng)機為資源最優(yōu)機位，第二個和第三個風(fēng)機風(fēng)速衰減值在0.1-0.3m/s之間，分析認為，在大規(guī)模的風(fēng)電場風(fēng)機排布時，在主導(dǎo)風(fēng)向不是很單一的情況下，盡量加大上風(fēng)向與下風(fēng)向風(fēng)機之間的距離；其次在下風(fēng)向位置處可適當(dāng)放大風(fēng)機間距，可呈梅花形布置，或者在下風(fēng)向位置盡可能的增加一定距離的隔離帶，減少風(fēng)機相互影響導(dǎo)致的電量損失，便于提高整個風(fēng)電場的產(chǎn)量。

參考文獻

[1]張秀芝，徐經(jīng)緯.中國近海風(fēng)能資源評估[J].中國風(fēng)能，2009，（3）：44-47.

[2]張德，朱蓉，羅勇等.風(fēng)能模擬系統(tǒng)WEST在中國風(fēng)能數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].高原氣象，2008，27（1）：202-207.

[3]中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部， 風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4]國家發(fā)展改革委.全國風(fēng)能資源評價技術(shù)規(guī)定[S].2004.

[5]楊振斌，風(fēng)能、太陽能資源研究論文集[C].北京：氣象出版社，2008.