赵志朋
中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北 石家庄 050031
摘要：风电场建设中风力发电机组设备的投资在建设投资中占有相当大的比重，因此，风力发电机组选型是风电场建设至关重要的问题。风力发电机组选型的合适与否直接关系到项目的投资效益，甚至关系到项目投资的成败。因此，优选出技术经济条件最好的风力发电机组是构成一个优秀风电场的基础。
关键词：风力发电机组；选型；技术经济
目前风电场风力发电机组选型的思路和步骤大致如下：第一，根据风电场主要风况参数，确定风电机组安全等级；第二，根据风电机组安全等级、机型成熟度、单机容量等，初步选定若干机型；第三，进行不同风电机组生产企业、不同单机容量的技术经济比选，最终确定适宜机型；第四，针对选定机型，进行不同轮毂高度比选，确定最佳轮毂高度。
1确定风电机组安全等级
如果风电机组安全等级确定过高，会造成风能资源利用的浪费，而如果定的过低，则会影响风电机组的安全和寿命。风电机组安全等级主要通过分析平均风速、50年一遇10min最大风速、湍流强度三项参数来确定。
（1）年平均风速
年平均风速的大小将主要影响风力发电机组的疲劳载荷。机组选型时，应采用多个软件进行风电场的风速模拟，并进行相互对比；同时，在补图和多塔利用的基础上，考虑周围风电场的风机点位，将其加入模型中进行计算，来综合确定风电场各机位处的风速大小。
（2）50年一遇10min最大风速
受极端气候因素影响，有些年份会出现极端风况，其风速远远大于正常的风速，将可能带来破坏性影响。在风力发电机组选型过程中，最大风速是必须考虑的因素。
首先，我们根据测风塔实测数据，通过采用相应方法，推算出了各测风塔处高层的50年一遇最大或极大风速，从而对整个风电场的极端风速有一个整体掌握。
测风塔处50年一遇最大风速计算主要采用以下方法：
a.采用附近气象站的长期历年最大风速资料进行频率计算，并通过风电场现场实测资料与气象站资料的相关关系推算风电场的50年一遇最大或极大风速。
b.利用WindPRO进行50年一遇极大风速计算。
c. 1.25倍一年一遇10min最大风速法：Ve1最大(Z)= 0.8Ve50 最大(Z)，
式中：Ve1最大为1年一遇的最大风速；Ve50 最大为50年一遇的最大风速；Z为参考风速高度。
各拟选机位处的50年一遇最大风速计算主要采用以下方法:
a.利用WAsP Engineering2.0进行50年一遇极大风速计算。
b.利用WindSim软件进行50年一遇极大风速计算。
c.在中纬度地区，Vref和Vave存在关系Vref/Vave=5，其中Vref即是50年一遇的最大l0min平均风速，Vave是年平均风速。
以上方法中，根据风电场实际情况、收集数据特点，至少选择一种方法为主要方法，其他作为参考和验证依据。
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（3）湍流强度
湍流强度影响机组出力及载荷，过大的湍流强度将缩短机组使用寿命。在机组选型时，应综合考虑环境、风电场地形及机位布置等因素来确定机组实际湍流强度值，包括有效湍流强度、风电场环境标准差等。
湍流强度计算时，应做到以下几点：采用10min数据进行湍流强度统计；选用多年数据；实用实测数据；针对部分实测数据中错误数据较多的情况，应对其进行相应剔除后再进行湍流强度计算，防止了湍流强度计算结果偏差；针对逐台机位，进行湍流强度模拟。
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2风电机组机型初步选择
根据风电场风能资源条件、风况特征以及风电场所在区域的特殊情况，结合行业要求、电网要求、国内外风电机组的制造水平、技术成熟程度、运行业绩、设备制造的可行性等进行风电场机组型式选择。
风电机组选型原则上要满足以下要求：
(1)单机容量范围选择
随着世界范围内的风力发电市场的迅猛增长，风力发电技术也有了长足的发展，兆瓦级以上机组技术逐渐成熟，并逐步实现了商业化，目前世界范围内的平均单机容量已接近3.5MW，国内2.0~3.0MW级的风力发电机组成为目前的主流机型，为适应各种风况条件，在机型方面又细分为中低风速区型、内陆型和高风速区型机组。机组选型应结合风电市场近年来的发展趋势，综合考虑目前国内外风力发电机组的制造水平、技术成熟程度、实际运行情况、价格水平和施工机械的吊装能力等因素，来初步选用合理的单机容量范围。
（2）满足安全等级要求
根据风电场场区年平均风速、50年一遇最大风速和湍流强度结果，风电机组应满足安全等级要求。
（3）满足场址区特殊环境、气候等条件要求。
根据风电场区域的极端最低气温、覆冰、雷暴等天气状况，选出适宜风电场的机型。
（4）满足国家能源局关于《风电信息管理暂行办法》的要求
风电机组设备制造信息由各风电机组制造企业按照《风电信息收集和提交技术规定》要求，在网上直接填报，经国家风电信息管理中心审核后录入风电工程信息数据库；各风电机组制造企业应开放端口，提供通讯协议等技术支持，满足国家风电信息管理中心远程获取风电机组有关运行数据的需要。
（5）满足国家能源局关于《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求
根据《风电机组并网检测管理暂行办法》，自2011年1月1日起，新核准风电项目安装并网的风电机组，必须是通过本办法规定检测的机型，只有符合相关技术规定的风电机组方可并网运行。
（6）满足工程进度保证
所选风电机组生产企业要具备足够的产能，以满足风电场的安装进度要求。另外，风电机组生产企业要具备一定的技术实力，具备指导风电机组吊装、调试的能力，能够配合完成风电机组土建、电气等配套工程的建设，以保证项目的建设进度。
（7）考虑风电机组生产企业实力等情况
风力发电机组生产企业的情况，直接影响机组的性能、质量等多项指标。在选型时需对机组生产企业情况进行考察，包括生产企业实力(含财务状况)，业绩、产品产量、销售情况和品种、生产企业是否通过质量管理体系认证等。
（8）考虑风力发电机组产品的特殊要求
对于各个风力发电机组生产企业来说，其机型除了满足国家标准以外，还有自己的设计限制条件。如某风力发电机组生产企业的G90机型和G97机型对入流角的大小限制。还有一些风力发电机组生产企业对风机布置间距有最小要求。针对以上情况，应确定逐台机位的适宜机型。
3机型技术经济比选
根据以上机型选择条件确定初步机型后，应列出各机型技术参数表，并结合风电场的风况特征、土建布置方案、施工安装方案和交通运输方案等进行技术经济比较。
根据不同单机容量的风机进行初步的风机位排布，利用风能资源评估专业软件，结合各风机生产企业提供的功率曲线和推力系数，计算各风电机组的理论年发电量。考虑风电场年发电量综合折减系数后，估算风电场年实际上网电量、年等效满负荷小时数、容量系数等。
为了分析各种方案的优劣，分别对各方案的年发电量、风电场投资、风电场运营成本进行比较，最终选择度电成本较低的机型为推荐机型。各参数见下表：
4轮毂高度比选
确定风电机组后，结合风机厂家的不同轮毂高度报价、施工安装费用，发电量及其收入差，经过综合技术经济比较确定最佳轮毂高度。不同轮毂高度机组即独立互斥的方案，采用投资差额内部收益率法进行技术经济比较。即造价高的方案所增加的投资，如果从其所增加的售电收益获得高于项目期望内部收益率，则高造价方案为优；反之，推荐低轮毂方案。
下表为同一机型下不同轮毂高度比选模型：
5结论
随着风电项目大范围的持续开发，可利用资源越来越少，为了充分利用风资源，机组选型显得尤为重要。作为设计单位，风电机组选型应以安全为前提，效益最大化为目标，从安全等级确定、单机容量初选、机型比选、轮毂高度比选等方面进行分析，选出适合风电场的最优机组，最终提高风能资源的利用效率，提高风电场经济效益。
参考文献：
[1] JB/T 10300－2001风力发电机组 设计要求
[2]GB 51096-2015风力发电设计规范
[3]风电场建设中的风力发电机组选型[J]. 吕鹏远,邓志勇.水利水电技术. 2009(09)