郭小伟
甘肃华电环县风力发电有限公司, 甘肃省庆阳市， 745714
摘要：目前，社会进步迅速，我国的各行各业建设的发展也有了显著的提高，作为新能源发电技术中最成熟而又适合大规模开发的发电形式，风力发电以其零污染、零排放的特点成为近十年来全球发展最为迅猛的新能源类型。作为风电场建设的前期准备工作，风能资源评估需要在候选场址进行完整年份的测风；根据测风塔高度风速数据与邻近气象台站风速观测数据，构建两者之间的相关关系；再籍此评价候选风场风速及风能的多年均值及年际变化。需要指出的是，风能资源评估隐含默认气候模式固定，并没有考虑到长时间尺度上气候模式变化对年均风速的影响。
关键词：风电场；低风速机型；换型改造分析
引言
目前，我国的风电发展形势以大规模风电为主，风电资源主要分布在风资源较为丰富的东南沿海及“三北”地区，而风电技术的不断发展也使低风速区域具备了开发价值。在风资源条件较差的地区，一般采取安全条件下增大叶轮和提高塔筒高度的物理方式，同时注重风机排布密度，尽量减少尾流影响等因素影响，保持风机长时间运转在低风速状态下具有高效输出，配合适应低风速区域大功率机型，保障低风速风机高效输出。
1低风速风电场项目开发的影响因素
在低风速地区进行的风资源开发，应特别注重风能资源的利用情况，而低风速需要更大的风能截取面积，转换设备功率的增大也会增加风电场建设的成本，同时考虑低风速时段风电场出力的变化和风功率曲线与设计值的一致性，风机的发电能力直接决定着项目最终产能效益。能否准确评估区域风资源情况和充分掌握机组的设计参数制定对大型风电场开发意义重大，具体影响低风速风电场发电能力的主要因素主要有：（1）风机叶轮翼型气动效率；（2）叶轮功率曲线饱和值；（3）扫风面积；（4）轮毂高度处风能转换效率；（5）风机微观机位是否能够保证风场处于低风速长时间运行发电状态；（6）风电机组尾流影响；（7）项目中标机型先进性；（8）自然条件对微观选址机位的限制情况；（9）前期测风阶段测风塔对于整个风电场区域的代表性等；（10）测风数据局分析准确性偏差情况；（11）地表粗超度情况等。在实际建设中，还要重点考虑测风塔的设计方案以及对测风数据的最小不确定性分析、长期的风速修正与拟合及插补经度等；风电机的组机位选取还应考虑机组风况、海拔、轮毂高度处的湍流强度、载荷情况、入流角、风机安全性及项目区域限电情况等因素。
2风速机型换型改造
为提升发电能力，2015年对某风电场单机容量2.0MW的双馈异步发电机组进行换型改造，将原风轮直径93m机型更换为直径111m的低风速机型。原机型风机变频器及风机主控系统位于塔基，主传动系统及从站控制系统位于机舱。改造范围包括风轮、机舱及其附件、塔基控制系统PLC加装改造，塔基内设备及机舱至塔基电缆不更换。根据改造前后机舱、风轮质量及塔筒高度，本次拆装作业采用型号为QUY6500型履带式吊车（主吊，最大起重量140t）1台，80t汽车吊1台，配合吊装。（1）切断风机电源，将风轮叶片调整为垂直向下以具备吊装条件。拆除轮毂和机舱连接螺栓，利用主吊使叶轮和机舱分离，拆装过程需安排专业人员全程监护。（2）旧机舱拆除前，需检查机舱吊点是否可用，将塔筒内的定转子线全部抽至机舱内。当最大风速不超过10m/s时，起吊机舱，完成旧机舱拆除工作。（3）在机舱顶盖安装测风设备支架及避雷针，在机舱内安装行车架，盖好机舱盖并固定。试吊机舱确保各吊点受力均匀，待安装人员撤离至安全位置后方可起吊，完成与塔架顶部法兰对中操作，新机舱吊装完毕。（4）利用主吊、辅吊使风轮正确、平稳地靠近低速轴法兰平面，完成对中操作。
拧紧全部法兰螺栓并检验合格后，在每组法兰连接的内侧涂抹硅胶，防止雨水渗入塔架内，同时密封塔架顶端平台与塔架内壁缝隙，完成新叶轮安装工作。（5）吊装完成后，将旧机型机舱、风轮叶片拆解装车，运至其他场站，重新进行机组并网调试。
3复杂地形影响风切变、湍流强度、入流角
风切变、湍流强度以及入流角等因素是机组选型的重要依据。风切变是风机轮毂高度选择的重要依据之一。风切变受大气稳定性影响，在复杂山区，地形变化大，气流变化复杂，风切变也变化多端。同时风切变可能因为地形的原因（坡面、狭管、沟壑等）导致风的加速或者减速，甚至产生负切变。在利用风切变推导轮毂高度处风速时，可能会由于风的加速或者减速效应，从而导致误差，选错机型。针对复杂地形的风切变计算，可收集多测风塔的实测风能资源数据分析风切变与地形之间的相关性，建立拟开发区域地貌与风切变模型，并利用流体力学相关公式进行风切变的综合拟合修正。湍流强度与入流角都对低风速风机的安全性有重要影响。一个风电场的运行生命周期是20年，在不同风况下都能保证风机的安全性是前期设计和风机厂家的重要责任之一，风机选型就成为重中之重。湍流强度和入流角都可以影响风机的安全性。其中，湍流强度通过测风塔实测数据计算得出。湍流强度由风速偏差与平均风速相除计算获得，风速偏差与平均风速均由测风塔测量获得。所以根据上文“复杂地形影响风速及风向”中的相关论述，可有效避免湍流强度误差带来的风险。但应该注意的是，在复杂山区，应对风机位进行逐台湍流强度分析，并针对复杂山区的地形进行综合考虑拟合分析。避免湍流强度给风机带来安全隐患，进而影响风电场的发电量。入流角完全因为地形产生。以下措施可以较为有效的避免入流角带来的风机安全隐患：（1）对风电场进行逐台入流角分析，并根据分析结果进行风机位的优化设计；（2）微观选址阶段做好室内风机位优化的前提下，做好现场的踏勘，并针对现场踏勘中存疑的风机位进一步优化。
结语
如何高效低风速区域开发，成为现今风电市场的热门主题，本文通过微观选址技术的拓展应用，对于某区域一期项目的资源数据的深入分析，完全掌握续建项目的地貌特征和风资源情况，实时收集近况风资源数据，为后续风电场项目建设提供精准数据支持，同时结合现场深入勘查和严格的机型技术比对，充分考虑风电场自然环境、地理限制因素、风机尾流扰动、湍流强度、负切变及风机排列布置方式中存在的尾流问题及风机排布分布问题，结合建设初期综合造价和远期效益选取最优方案，避免了因选址、机型等因素造成的损失，大幅度提升发电能力。确保续建项目理论发电小时数到达2609h的最佳效果，充分证明深入应用微观选址技术对低风速风电场开发的价值，在低风速风电场工程开发过程中应该注重轮毂高度、叶轮直径、传动结构、叶片材质及主机类型等外在设备因素选用确保低风速项目的开发价值，成熟的微观选址技术应用促使低海拔、丘陵、平原地势的风资源区域涌入激烈的风电开发市场。
参考文献
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