论文部分内容阅读
【摘要】通过对四川西北部高原实测风力数据的分析，探析在四川西北部高原开发风电项目的可行性和必要性。
【关键词】四川；高原；风电；开发
引言
风是没有公害的能源之一，它取之不尽，用之不竭。风力发电的原理，是利用风力带动风机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
中国风电从2008年开始爆发性增长，在国内受到各大电力集团、公司的青睐，众多投资商四处寻找风力发电项目的投资机会，川西北部高原的风电开发也备受观注。
1、川西北部高原风电开发条件
四川省是全国风速相对较小的省份之一，平均风速和平均风功率分布规律一致，呈盆地内较小西北部高原、西南部山区部分地区以及东部小部分地区较大的特点。根据《四川省风能资源评价报告》，川西高原山区10m高度年平均功率密度在3.8～105.0W/m2，为全省风能资源丰富区。从风向来看，绝大多数地区的风能集中在北和偏北风向方位，大部分地区在这几个方位的风能占当地总风能的50%以上，部分地区甚至大于80%。估算四川省风能资源潜在开发量约为15000MW。
从空间分布来看，四川省风能资源主要分布在川西高原和盆周山区。从时间分布来看，四川省风能资源主要集中在冬春季节，即每年11月到次年5月，基本是河流的枯水期。因此，大力开发风能资源恰能够补充水力发电在枯水期的出力不足。
2、TLH公司在川西北高原风电前期工作及测风数据分析
2011年11月起，TLH公司在川西北高原某区域A、B两县分别设立5座测风塔，用以测量该区域风力资源情况。建立的5座测风塔基本分布在北纬32度，具有区域同纬度风力代表性。经对比，其中1#塔的测风数据最优良，并能代表区域特性。
2.1 1#塔测风数据分析
2.1.1测风数据统计
利用风资源分析软件对1#测风塔各个高度的数据进行处理分析（时间：2011.11.10 13：10～2012.12.21 13：00），分析结果如下：80m高度平均风速5.6m/s，风功率密度202W/m2，风向东南偏南；70m高度平均风速5.6m/s，风功率密度202W/m2，风向东南偏南；50m高度平均风速5.4m/s，风功率密度182W/m2，风向东南偏南；30m高度平均风速5.3/s，风功率密度171W/m2，风向东南偏东；10m高度平均风速5.3m/s，风功率密度175W/m2，风向东南偏东。
2.1.2 1#测风塔80m高度数据分析
1）WeiBull分布图及风向玫瑰图
2）风速：通过对1#测风塔一个完整年测风数据的处理，可以看出，80m高度年平均风速一般，3m/s以下的风速段占全年的18.4%，3m/s～16m/s的有效风速段占全年的81.6%，效风速段所占比率较大，具备一定的开发价值。
3）風向：年盛行风向明确，为东南偏南（SSE）。
2.1.3空气密度
根据GB/T18710-2002标准，采用测风塔观测的气温、气压数据计算风电场空气密度。年平均空气密度按下式计算：
2.1.4湍流强度
大气湍流强度表示瞬时风速偏离均值的程度，是评价气流稳定程度的指标，其大小关系到风电场资源质量的优劣。大气湍流度与地理位置、地形、地表粗糙度和影响天气系统的类型等因素有关。
湍流强度是相同时段的标准偏差和平均风速的商。数据记录时段采用10分钟平均值进行湍流强度的计算，公式为：
2.1.5风切变指数
风切变指数可描述风矢量在垂直方向上的空间变化情况。风切变指数a由下式计算：
2.2发电量计算
2.2.1修正因子的选取
年上网电量需要考虑以下相关的折减因素在理论发电量基础上修正。该项目的修正因子参考可研报告如下：
1）空气密度修正。根据测风塔的平均气温和气压，计算出场区空气密度为0.789kg/m3。在计算过程中，选用当地空气密度下的功率曲线，此处不需折减。2）尾流影响。风电场各风电机组之间有相互影响，在进行风电场发电场发电量计算时应进行尾流修正。根据风电场风况特征，各风电机组的具体位置以及风电机组的推力系数曲线等因数综合考虑。折减系数取95%。3）控制和湍流折减。经计算，湍流强度属中等湍流强度，控制和湍流折减系数取5%，即控制和湍流系数取95%。修正系数0.95。4）叶片污染折减。初步考虑叶片污染造成的电能损耗按5%计。即污染系数取95%。5）风电机组可利用率。根据目前风力发电机组的制造水平和本风电场的实际条件，拟定风力发电机组的可利用率为95%。6）功率曲线折减。考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般达不到设计状态，因此在计算发电量时取风电机组功率曲线保证率为95%。7）厂用电、线路等能量损耗。考虑主变压器和箱式变压器损耗、线路损耗、厂用电等合计占总发电量的3.0%，取损耗系数为97%。8）气候影响停机。根据本风电场的气候特征，并参考其它工程气候对总发电量的影响，取气候影响停机系数为95%。
综合以上修正系数，得出总的修正系数为0.713，若要得到实际的发电量，需用理论的发电量乘以该系数。
3、结论
经对TLH公司1#测风塔测风数据的初步评估，年利用小时数太低，且区域远离电网，在近期暂不具备开发价值。
根据实际测风数据情况，结合当地风电开发进度，笔者认为，四川川西北部高原风电开发有以下几个特点：
1）区域地貌多属高海拔草原，地势开阔，有规模开发的潜力，但海拔较高。随着海拔增加，变化较大的是环境温度、空气密度及气压，海拔每增高1千米，相对大气压力、空气密度约降低10%左右，环境温度降低约5℃。2）平均风速较低；3）电网建设滞后，区域负荷消纳有限；4）地域偏远，交通、运输、建设条件较差；5）涉及少数民族放牧区域，在设计选址和纠纷协调上需审慎对待。
综上所述，四川川西北部高原风电的开发存在风功率密度低、平均风速小的困难，对风机的扫风面积、抗低温、电气绝缘等方面的要求更高，要解决建设、送出等方面的问题也需很高的投入，但上网电价是固定的，且未来有下降的空间，与设备造价的下行是不匹配的。在现有条件下，开发的投资成本与回报将有巨大的反差，暂不具备投资开发的条件。应待风机技术提高，低风速、高海拔机型成熟且投资经济可行时再审慎推进。
【关键词】四川；高原；风电；开发
引言
风是没有公害的能源之一，它取之不尽，用之不竭。风力发电的原理，是利用风力带动风机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
中国风电从2008年开始爆发性增长，在国内受到各大电力集团、公司的青睐，众多投资商四处寻找风力发电项目的投资机会，川西北部高原的风电开发也备受观注。
1、川西北部高原风电开发条件
四川省是全国风速相对较小的省份之一，平均风速和平均风功率分布规律一致，呈盆地内较小西北部高原、西南部山区部分地区以及东部小部分地区较大的特点。根据《四川省风能资源评价报告》，川西高原山区10m高度年平均功率密度在3.8～105.0W/m2，为全省风能资源丰富区。从风向来看，绝大多数地区的风能集中在北和偏北风向方位，大部分地区在这几个方位的风能占当地总风能的50%以上，部分地区甚至大于80%。估算四川省风能资源潜在开发量约为15000MW。
从空间分布来看，四川省风能资源主要分布在川西高原和盆周山区。从时间分布来看，四川省风能资源主要集中在冬春季节，即每年11月到次年5月，基本是河流的枯水期。因此，大力开发风能资源恰能够补充水力发电在枯水期的出力不足。
2、TLH公司在川西北高原风电前期工作及测风数据分析
2011年11月起，TLH公司在川西北高原某区域A、B两县分别设立5座测风塔，用以测量该区域风力资源情况。建立的5座测风塔基本分布在北纬32度，具有区域同纬度风力代表性。经对比，其中1#塔的测风数据最优良，并能代表区域特性。
2.1 1#塔测风数据分析
2.1.1测风数据统计
利用风资源分析软件对1#测风塔各个高度的数据进行处理分析（时间：2011.11.10 13：10～2012.12.21 13：00），分析结果如下：80m高度平均风速5.6m/s，风功率密度202W/m2，风向东南偏南；70m高度平均风速5.6m/s，风功率密度202W/m2，风向东南偏南；50m高度平均风速5.4m/s，风功率密度182W/m2，风向东南偏南；30m高度平均风速5.3/s，风功率密度171W/m2，风向东南偏东；10m高度平均风速5.3m/s，风功率密度175W/m2，风向东南偏东。
2.1.2 1#测风塔80m高度数据分析
1）WeiBull分布图及风向玫瑰图
2）风速：通过对1#测风塔一个完整年测风数据的处理，可以看出，80m高度年平均风速一般，3m/s以下的风速段占全年的18.4%，3m/s～16m/s的有效风速段占全年的81.6%，效风速段所占比率较大，具备一定的开发价值。
3）風向：年盛行风向明确，为东南偏南（SSE）。
2.1.3空气密度
根据GB/T18710-2002标准，采用测风塔观测的气温、气压数据计算风电场空气密度。年平均空气密度按下式计算：
2.1.4湍流强度
大气湍流强度表示瞬时风速偏离均值的程度，是评价气流稳定程度的指标，其大小关系到风电场资源质量的优劣。大气湍流度与地理位置、地形、地表粗糙度和影响天气系统的类型等因素有关。
湍流强度是相同时段的标准偏差和平均风速的商。数据记录时段采用10分钟平均值进行湍流强度的计算，公式为：
2.1.5风切变指数
风切变指数可描述风矢量在垂直方向上的空间变化情况。风切变指数a由下式计算：
2.2发电量计算
2.2.1修正因子的选取
年上网电量需要考虑以下相关的折减因素在理论发电量基础上修正。该项目的修正因子参考可研报告如下：
1）空气密度修正。根据测风塔的平均气温和气压，计算出场区空气密度为0.789kg/m3。在计算过程中，选用当地空气密度下的功率曲线，此处不需折减。2）尾流影响。风电场各风电机组之间有相互影响，在进行风电场发电场发电量计算时应进行尾流修正。根据风电场风况特征，各风电机组的具体位置以及风电机组的推力系数曲线等因数综合考虑。折减系数取95%。3）控制和湍流折减。经计算，湍流强度属中等湍流强度，控制和湍流折减系数取5%，即控制和湍流系数取95%。修正系数0.95。4）叶片污染折减。初步考虑叶片污染造成的电能损耗按5%计。即污染系数取95%。5）风电机组可利用率。根据目前风力发电机组的制造水平和本风电场的实际条件，拟定风力发电机组的可利用率为95%。6）功率曲线折减。考虑到风电机组厂家对功率曲线的保证率一般达不到设计状态，因此在计算发电量时取风电机组功率曲线保证率为95%。7）厂用电、线路等能量损耗。考虑主变压器和箱式变压器损耗、线路损耗、厂用电等合计占总发电量的3.0%，取损耗系数为97%。8）气候影响停机。根据本风电场的气候特征，并参考其它工程气候对总发电量的影响，取气候影响停机系数为95%。
综合以上修正系数，得出总的修正系数为0.713，若要得到实际的发电量，需用理论的发电量乘以该系数。
3、结论
经对TLH公司1#测风塔测风数据的初步评估，年利用小时数太低，且区域远离电网，在近期暂不具备开发价值。
根据实际测风数据情况，结合当地风电开发进度，笔者认为，四川川西北部高原风电开发有以下几个特点：
1）区域地貌多属高海拔草原，地势开阔，有规模开发的潜力，但海拔较高。随着海拔增加，变化较大的是环境温度、空气密度及气压，海拔每增高1千米，相对大气压力、空气密度约降低10%左右，环境温度降低约5℃。2）平均风速较低；3）电网建设滞后，区域负荷消纳有限；4）地域偏远，交通、运输、建设条件较差；5）涉及少数民族放牧区域，在设计选址和纠纷协调上需审慎对待。
综上所述，四川川西北部高原风电的开发存在风功率密度低、平均风速小的困难，对风机的扫风面积、抗低温、电气绝缘等方面的要求更高，要解决建设、送出等方面的问题也需很高的投入，但上网电价是固定的，且未来有下降的空间，与设备造价的下行是不匹配的。在现有条件下，开发的投资成本与回报将有巨大的反差，暂不具备投资开发的条件。应待风机技术提高，低风速、高海拔机型成熟且投资经济可行时再审慎推进。