徐文宫
大唐安徽发电有限公司 安徽合肥230071
摘要：随着社会对清洁能源需求的呼声日益高涨，大批以风电为代表的清洁能源产业投入运营。但已投产的部分风电产业由于其产能较低已严重困扰了企业运营。本文以安徽某风电场为例，分析了影响该风电场产能的主要因素，并提出两种技改方案，为该风电场后续提质增效工作提供了一定参考。
关键词：风电机组；提质增效；经济性；计算模型
0 引言
近年来，随着能源需求的不断增长，我国在整合提升传统能源产业的同时，也在大力发展新型能源产业。从上个世纪九十年代至今，我国风电累计装机容量2.1亿千瓦，占全部发电装机的10.4%。2019年风电发电量4057亿千瓦时，占我国发电量的5.5%。
已投产的风电机组中相当一部分存在故障率高、产能低等影响风电场经济效益的不良因素。以安徽省某风电场为例，该风电场中有三期共73台风机，已发电运行66台机组，但运行的一、二期发电机组的年利用平均时长均低于设计值，在对标风电场中排名靠后。对风电场进行技术改造，既可提高该风电场中机组风能捕获效率，也增加了其自身的整体效益。
1 风电场基本情况
该风电场属丘陵风场，平均海拔114.8米，总装机容量14.55万千瓦，分三期建设，共有73台风机，其中一期安装18台XE105-2000型和6台XE112-2000型湘电风机，单机容量2000千瓦，2014年12月全部并网发电。二期安装25台W2000-116型上海电气风机，单机容量2000千瓦，2018年9月全部并网发电。三期预计安装24台W2000-116型上海电气风机，单机容量2000千瓦，截止2020年5月，共有17台风机并网发电。
在2017年至2019年，一期项目利用小时数分别为1351、1579、1217，设计值为1805，与设计值对标情况分别为：-454、-226、-588。2019年二期项目利用小时数为1413，设计值为1913，与设计值对标情况为：-500。对比图如图1所示。
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其中，
-空气密度；
A-风轮扫略面积；
V-风速
-功率系数
机组功率与风速三次方成正比，假定机组利用率100%，机组利用小时与机组功率成正比，以年利用小时数反推风速，可得近几年风场风速见表1。测风塔数据为70m高度测量数据，按可研报告中给出的70m~100m风切变指数为0.177，采用线性差值计算80m风场风速。
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图2为近几年一期项目测风塔测得的风场风速，除了2014年超过可研值，其余年份均低于可研值。
2风电场提质增效措施
风电机组的控制系统包括转速及扭矩优化策略、叶片桨矩角动态控制策略、偏航优化策略、变桨轴承磨损保护策略和大风运行保护策略等，对风机外形的技术改造主要包括对风力机桨叶部分改造、风机轮毂高度提、风力机选址的重新选定以及将部分效率低的小机组更换成大机组等。
本文主要讨论对风机外形桨叶部分的技术改造与机组更换的方案对比。
2.1风力机桨叶改造方案
桨叶的改造方面主要有四个技术路线：叶尖加装小翼、桨叶加装加长节、桨叶表面加装涡流发生器、更换长桨叶。
其中，叶尖增加小翼可有效抑制叶尖涡的产生，有助于优化风力机流场，并提高风力机功率系数。在改善叶片气动性能的方法中，与增加叶片长度和添加控制装置相比，叶片改型较为简单且易于实现；桨叶加装加长节、更换长桨叶均是通过增大风轮扫略面积来提升风电机组的发电性能，但二者均会引起风机载荷增大，需要重新计量机组结构的安全余量，且更换长桨叶将导致原有桨叶废弃，造成资源浪费；在桨叶表面加装涡流发生器可以增加近壁流体的动量和能量，延迟了边界层的分离，从而改善翼型气动特性。该技术具有实施成本低、周期短、安全风险小、便捷等特点，但也存在老化、脱落等缺点。
2.2风力机机组更替方案
风力机组的更替方案考虑使用较大兆瓦的机组代替原有效率不高小机组。将原有替换成2.2MW的机组，若风切变为正，轮毂高120~140m对应风资源会好；扫风面积可增大55.6%，功率利用会大幅提高。单台机组替换成2.2MW的机组需要花费约1130万元，每台2.2MW的风力机组可以提升年发电量905.2MWh。按照上网电价0.61元/KWh，其收入预计增加552172元，以原有机组运行寿命运行14年后可增加收益7730408元。
3结论
通过对风电机组的叶片外形进行技术改造，可以有效地增加风力机的风能利用效率，从而提高风电场的整体经济效益，但改造前需要对机组的改造计划进行整机主要部件的载荷模拟，确保技术改造后机组整体仍具有一定的安全余量。采用较大兆瓦的机组替代原有效率较低的小机组，风机整体效率得到巨大提升，但考虑到替换机组花费较高，风电场需要对是否采用此方案进行详细的经济性论证。