[发明专利]一种微风区MW级风力发电机风轮大小初选的确定方法

说明书

本发明涉及一种微风区MW级风力发电机风轮大小初选的确定方法，本发明根据风机平均竞标价格计算风场风机总投资成本和风机总数；根据气象数据估算风资源年有效小时数和年有效风能，利用当前风能平均转化效率计算年有效发电量产生的效益；根据设定时间内回收投资成本的要求计算适合当地风速的最小风轮，该风轮的大小即为所确定的初选风轮大小。本发明采用常规气象数据估算微风速地区有效风速的风资源年有效小时数以及年有效风能，用当前风能平均转化效率计算获得年有效发电量产生的效益，该方法为设计部门对风场风速的分布估计和风机概念设计之初的风轮选型的计算提供辅助参考，也为业主从收益最大化的角度招标选型提供算法依据。

技术领域

本发明涉及一种微风区MW级风力发电机风轮大小初选的确定方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

2009年以来，随着三北地区弃风限电的出现，我国风电产业政策从速度转向质量，从三北地区转向中东部的低风速地区。而我国中东部的低风速地区风速分布资料匮乏。在此背景下，远景能源全球首创的1.5MW低风速风机的研发和投产，加快了我国风电产业战略调整的步伐，使得占中国风资源60％以上的低风速区域得到有效开发，因所谓的低风速目前业内尚无明晰的定义，通常用当地气象站年平均风速低于6m/s界定的方法，其风速不同于风机高70-90m轮毂处风速，而且，对低风速的风场空气密度等无相应数据，各地的风机制造商盲目相信风轮直径直径越大从微风速中捕获风能越多的观念，不断的增大风轮直径；2009年以后各地的风机制造商多将单机容量升级为2MW，一方面降低单位土地面积上的风场基础造价，另一方面，风电场风机之间的布局考虑当地风资源条件、主风向、地质条件等信息，原则上风机位置布局行距在风轮直径5-9倍为宜，列距在风轮直径3-5倍，因单机容量由1.5MW升级为2MW，按一致的发电效率计算，风轮直径增加约15.4％，而一个50MW的标准风场就可减少8台1.5MW的风机影响空间，用于加大2MW风机之间的距离，增加量约37.6％，风机间空间净增加量约 27.6％-15.4％＝12.2％，9倍风轮直径计算的话，9×(1+12.2％)＝10.098，即，可加大风机之间的布局距离达到10倍风轮直径以上，防止风机之间的扰流而影响风机的使用寿命。因此，目前微风速2MW级风机多在技术相对成熟的2MW风机基础上进行竞争，形成了目前微风速2MW级风机风轮大小从97m、100m、110m、111m、 114m等多种风机规格，有利于不同微风速地区的业主根据地区差别定向选择。

考虑风机之间的湍流影响以及风机基础和道路投资的减小，目前多数业主也倾向于选用2MW的微风速风机，而且为了风场的统一采购和后期维护成本最低，一般应选择同一对风轮大小的2MW的微风速风机。风场业主通常认为大风轮吸收功率多，年发电量必然多，效益可观，但往往忽略了风轮吸收风能与风机转化为上网电能的能力并非同一概念的问题，以及湍流对大风轮风机寿命的损害也大、轮毂和塔筒投入成本大的情况，而且，过大的风轮的风机反而会造成总收益的大幅下降，因此，如何在风机设计之初，尽快的确定当地风场的风速分布情况和风机概念设计之初的风轮大小选择，以及当地业主选取适合本地区最优的微风速风轮大小等，这些问题就凸显出来。

目前发现的风轮大小的确定方法大都是基于基本的风机发电功率计算公式，如专利号为201210277450.6的专利文件，公开了一种风力发电机组风轮直径的确定方法，该方法是在已有成熟风机基础上，通过基本公式中各因素间的比例关系，按风速随高度切变的指数规律预设新设计风机的轮毂中心高时的风速、新设计的风机的气动功率、气动效率初选值与已有成熟风机的相关参数的比例，对风轮直径D进行类比设计选择，2MW的风机风轮常超过120m，没有考虑风机风轮实际制造水平，也没有考虑风轮增大后风载加大，风轮悬重加大等一系列的成本急剧升高的问题，也缺乏从用户的投资和收益角度对所选风机风轮大小进行有效推荐的实用技术手段和可行方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种微风区MW级风力发电机风轮大小初选的确定方法，以解决现有风力发电机风轮大小确定过程中因无C_p-v关系的拟合计算方法而无法计算相应的风机上网发电收益的问题。