專利名稱：復雜地形下提高風能利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電場工程設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復雜地形下提高風能利用的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)IEC 61400-1 :2005 [1](國際電工技術(shù)委員會標準)的規(guī)定，50年一遇10分鐘最大風速和平均風速是決定風電機組極限載荷和疲勞荷載的關(guān)鍵指標，也是風電場開發(fā)中風電機組選型和經(jīng)濟效益評估的關(guān)鍵指標之一?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷陲L力機風輪上， 推動風輪轉(zhuǎn)動變成電能，風輪直徑越大發(fā)電量越多，但承受極限強度越大。國標《風力風電機組安全要求》(GB18451. 1-1)根據(jù)風電場風速和湍流參數(shù)，將風電機組分為I IV級安全等級，I級為最高，承受最大風速也最大。風電機組制造商主要通過改變風輪直徑來滿足風電機組安全要求，I級風電機組風輪直徑相對最小。在復雜地形(高差較大的山地)風速隨相對高度變化比較顯著，不同高度位置處的風速有較大差別，相對位置較高處的最大風速和平均風速較高，但為保證風電機組安全， 往往通過減小風電機組風輪直徑來滿足風電機組安全要求，這樣風電機組發(fā)電量降低很多，沒能充分利用風能資源。例如根據(jù)50年一遇10分鐘最大風速統(tǒng)計結(jié)果，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)風能資源較好的風電場都處于風電機組安全等級為III級范圍內(nèi)，但在復雜地形下，經(jīng)常出現(xiàn)風電機組安全等級為II級的風速，這樣在確定的風場范圍內(nèi)，出現(xiàn)風電機組安全等級為 II和III級的風速。對于出現(xiàn)風電機組安全等級為II和III級風速的風電場，為了適應風電機組的安全性要求，通常做法是選擇較高的II級安全風電機組機型，II級安全風電機組較III 級安全風電機組風輪直徑小，相應利用風能資源的能力低，風力發(fā)電量降低。針對出現(xiàn)風電機組安全等級為II和III級風速的風電場，選擇風電機組安全等級較高機型，未充分利用風能資源。本發(fā)明是在不減小風電機組風輪直徑來滿足安全要求方法或者對滿足安全要求的風機增加風輪直徑，提高風能資源利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過調(diào)整風電機組輪轂高度以改變風力機處的風速，而不提高電機組安全等級，解決了適應風電機組的安全性要求；或者對滿足安全性要求的風機增加風輪直徑， 提高風能利用。經(jīng)統(tǒng)計，通過調(diào)整風電機組輪轂高度來滿足安全性要求相對縮小風輪直徑帶來更好的收益；對滿足安全性要求的風機增加風輪直徑實現(xiàn)最大利用風能資源。通過調(diào)整風電機組輪轂高度和風輪直徑，實現(xiàn)最大利用風能資源，提高風電機組發(fā)電能力，從而獲得最佳發(fā)電量。為此，本發(fā)明提出了一種復雜地形下提高風能利用的方法，該方法包括一種復雜地形下提高風能利用的方法，其特征在于，該方法包括步驟Si，獲得風電場內(nèi)各風電機組位置處50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風機是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風機的風輪直徑和輪轂高度。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，該方法還包括步驟S4，對整個風電場進行分析計算， 獲得各個風電機組位置處的風輪直徑和輪轂高度。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，步驟Sl具體包括根據(jù)具有代表性的風資源、區(qū)域地形圖、風電機組資料、風機布置方式和相關(guān)氣象資料，利用風能專業(yè)計算軟件計算計算不同位置處的50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，步驟S2具體包括根據(jù)步驟Sl獲得的數(shù)據(jù)，判斷哪些風機滿足安全性要求，哪些風機不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)各個風機位置處50 年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)，判斷各個風機是否位于所述50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)對應的安全等級范圍內(nèi)，若位于所述范圍內(nèi)，則滿足安全性要求，否則不滿足安全性要求。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，步驟S3具體包括對于滿足安全性要求的風機，增加風輪直徑或增高輪轂高度以提高風能利用，對于不滿足安全性要求的風機，減小風輪直徑或降低輪轂高度以滿足安全性要求。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，步驟S3還包括對于調(diào)整后的風輪直徑或輪轂高度進行安全性判斷，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整風輪直徑或輪轂高度至滿足安全性要求的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，步驟S4具體包括(1)對于最大風速滿足要求，部分平均風速較低的位置通過增加風輪直徑來提高風能資源利用時，分析增加風輪直徑引起的尾流增加并與未增加風輪直徑前的發(fā)電量進行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整風輪直徑；(2)對于最大風速滿足要求，部分平均風速較高的位置通過縮小風輪直徑或者降低輪轂高度來滿足風機的安全性要求，分別對縮小風輪直徑和降低輪轂高度這兩種調(diào)整方式的發(fā)電量和/ 或成本進行計算，選擇發(fā)電量高和/或成本低的調(diào)整方式。根據(jù)本發(fā)明方法的一個方面，在步驟S4的O)中，相比通過縮小風輪直徑來滿足安全性的要求，降低輪轂高度能夠降低成本并且可以增加發(fā)電量，選擇降低輪轂高度這一調(diào)整方式，以提高風能利用水平。


圖1示出了本發(fā)明提出的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出了本發(fā)明提出的復雜地形下提高風能利用的方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明提出的方法包括步驟Si，獲得風電場內(nèi)各風電機組位置處50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風機是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風機的風輪直徑或輪轂高度；步驟S4，對整個風電場進行分析計算，獲得各個風電機組位置處的風輪直徑和輪轂尚度。下面對上述步驟進行更詳細地描述在步驟Sl中，根據(jù)具有代表性的風資源、區(qū)域地形圖、風電機組資料、風機布置方式和相關(guān)氣象資料，利用風能專業(yè)計算軟件計算不同位置處的50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)；在步驟S2中，根據(jù)計算得到的數(shù)據(jù)，判斷哪些風機滿足安全性要求，哪些風機不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)步驟Sl計算得到的不同位置處的50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)以及表1 “風電機組等級基本參數(shù)表”來判斷風機是否超過相應的等級安全要求，例如某位置處的平均風速超過7. 5m/s、50年一遇最大風速超過37. 5m/s，表示該位置處風機的安全等級超過III級，如果該位置處安裝的風機為III級或IV級，則風機不滿足安全性要求，如果該位置處的平均風速小于7. 5m/s、50年一遇最大風速小于37. 5m/s，那么若該位置處安裝的風機為III級則滿足安全性要求。按照國家標準《風力風電機組安全要求》(GB18451. 1_2001)，本工程為非近海安裝的風力機，暫按一般安全等級要求風電機組，風電機組等級基本參數(shù)，見下表。表1風電機組等級基本參數(shù)表
WTGS等級IIIIIIIVvref (m/ s)5042. 537.530Vave (m/S)108. 57. 56A1.50. 180. 180. 180. 18a2222BI150. 160. 160. 160. 16a3333 表中各數(shù)值應用于輪轂高。WTGS-風力發(fā)電機組vref-50年一遇最大風速Vave-平均風速A-較高湍流特性級B-較低湍流特性級I15-湍流強度15m/s時特性值a-斜度參數(shù)在步驟S3中，對于滿足安全性要求的風機，優(yōu)先考慮增加風輪直徑以提高風能利用，對于不滿足安全性要求的風機，優(yōu)先考慮降低輪轂高度以滿足安全性要求，對于風輪直徑或輪轂高度的調(diào)整需要進行安全性分析，確定所述調(diào)整在滿足安全性要求的范圍內(nèi)。目前風電機組生產(chǎn)廠家提供的主流機型均為單機容量在1500KW以上、三葉片、變槳距、輪轂高度在60m以上的風電機組，設(shè)計不同的風輪直徑大小用于滿足不同的安全等級要求，一般風輪直徑越小滿足的安全等級越高，另一方面風輪直徑越小所產(chǎn)生的發(fā)電量也越小。對于最大風速所帶來的極限載荷往往通過加強某些部件得以滿足，但對于平均風速過大帶來的疲勞荷載不太容易解決。絕大多數(shù)風電場的一次開發(fā)規(guī)模為50MW，對于復雜地形的風電場來說，一般海拔高度較低的風機位置處的平均風速較小，海拔高度較高的風機位置處的平均風速較大，而一個風電場均裝設(shè)相同型號的風電機組，對于有的風電場所選擇的風電機組滿足絕大多數(shù)風機位置處的安全要求，由于海拔高度較低的風機位置處的
5平均風速較小，滿足安全性要求的余度較大，完全可以通過增大風輪直徑或增高輪轂高度來增加發(fā)電量；對于有的風電場所選擇的風電機組不滿足小部分風機位置處的安全要求， 對于絕大多風機位置處的平均風速較高，極少數(shù)特別高的，可以通過降低輪轂高度來滿足安全性的要求，相比通過縮小風輪直徑來滿足安全性的要求，可以增加發(fā)電量、提高風能利用水平。下面結(jié)合具體實例更詳細地介紹本發(fā)明的方法。(1)改變風輪直徑來提高風能利用某風電場所用單機容量為1500kW的33臺某種型號風機，通過計算結(jié)果，選用風輪直徑為8 !可以滿足安全性要求。下表為風電場不同海拔和位置處的風速測算表。
權(quán)利要求
1.一種復雜地形下提高風能利用的方法，其特征在于，該方法包括步驟Si，獲得風電場內(nèi)各風電機組位置處50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風機是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風機的風輪直徑或輪轂高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法進一步包括步驟S4，對整個風電場進行分析計算，獲得各個風電機組位置處的風輪直徑和輪轂高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟Sl具體包括根據(jù)具有代表性的風資源、區(qū)域地形圖、風電機組資料、風機布置方式和相關(guān)氣象資料計算不同位置處的50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S2具體包括根據(jù)步驟Sl獲得的數(shù)據(jù)，判斷哪些風機滿足安全性要求，哪些風機不滿足安全性要求，判斷方法為根據(jù)各個風機位置處50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)，判斷各個風機是否位于所述50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)對應的安全等級范圍內(nèi)，若位于所述范圍內(nèi)，則滿足安全性要求，否則不滿足安全性要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S3具體包括對于滿足安全性要求的風機，增加風輪直徑或增高輪轂高度以提高風能利用，對于不滿足安全性要求的風機，減小風輪直徑或降低輪轂高度以滿足安全性要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟S3還包括對于調(diào)整后的風輪直徑或輪轂高度進行安全性判斷，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整風輪直徑或輪轂高度至滿足安全性要求的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，步驟S4具體包括(1)對于最大風速滿足要求，部分平均風速較低的位置通過增加風輪直徑來提高風能資源利用時，分析增加風輪直徑引起的尾流增加并與未增加風輪直徑前的發(fā)電量進行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整風輪直徑；( 對于最大風速滿足要求，部分平均風速較高的位置通過縮小風輪直徑或者降低輪轂高度來滿足風機的安全性要求，分別對縮小風輪直徑和降低輪轂高度這兩種調(diào)整方式的發(fā)電量和/或成本進行計算，選擇發(fā)電量高和/或成本低的調(diào)整方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在步驟S4的( 中，相比通過縮小風輪直徑來滿足安全性的要求，降低輪轂高度能夠降低成本并且可以增加發(fā)電量，選擇降低輪轂高度這一調(diào)整方式。
全文摘要
提出了一種復雜地形下提高風能利用的方法，屬于風力發(fā)電場工程設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括步驟S1，獲得風電場內(nèi)各風電機組位置處50年一遇最大風速和平均風速數(shù)據(jù)；步驟S2，根據(jù)步驟S1中獲得的數(shù)據(jù)，確定各風機是否滿足安全性要求；步驟S3，根據(jù)步驟S2確定的結(jié)果，在滿足安全性要求的范圍內(nèi)調(diào)整各風機的風輪直徑和輪轂高度。本方法解決了當前風電場設(shè)計無法在滿足安全性要求的情況下獲得最佳發(fā)電量的技術(shù)問題。
文檔編號F03D9/00GK102235314SQ20111018045
公開日2011年11月9日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者孫少軍, 孫立新, 彭懷午, 杜燕軍, 聶維新 申請人:內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院