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低风速不是加长叶片那么简单!

国际新能源网  来源:中国能源报  日期:2017-07-07
    低风速风电成为“十三五”风电开发的主要方向之一,但业界对低风速却并没有统一的认识。日前发布的《低风速风力发电机组选型导则》将如何为低风速开发保驾护航,促进低风速风电规范有序科学理性推进?记者采访了该标准的主要编制单位之一——中车株洲所风电的总工程师高首聪。
 
  标准缺失隐患多
 
  问:《低风速风力发电机组选型导则》将于8月1日起实施,之前我们在低风速机组选型方面有没有规范?出台此标准有何必要性?
 
  高首聪:在该《导则》制定之前,没有适用于低风速机组选型的专用规范,而是沿用国际的IEC61400-1、GL-2005和我国GB/T 18451.1来指导进行风电机组的设计。
 
  我国对低风速一直没有明确的指导性的定义,行业内对低风速理解有差异,因此主机厂对于专为低风速风区所设计的风电机组选取设计条件各异,由此进行设计可能存在项目经济性匹配问题、机组安全性和可靠性问题、运输和维护问题等,造成设计制造成本高,不利于风场度电成本降低等问题。
 
  本《导则》的出台,将指导、规范低风速风力发电机组设计和选型工作,确保风电机组设计、安装、维护和运行中的安全性,提高各部件及子系统运行的可靠性,统一低风速风电机组等级分类和选型考虑因素,有利于促进低风速风电科学健康发展。
 
  问:整体而言,目前低风速风机选型方面存在哪些问题?对于低风速风电场开发产生了什么影响?
 
  高首聪:随着风电消纳问题日益突出,近年来我国风电开发热点逐步转向消纳较好的低风速风电场,开发利用此类风能资源成为目前我国风电发展的重点方向之一。
 
  但由于低风速风电场大部分位于地形多样、风况复杂的山地丘陵地区,如何选择适合此类地区风电场的风电机组是一个值得深思的问题,由于目前国内尚无统一的标准和规范,机组选型存在以下问题:
 
  第一,项目经济性匹配问题。如何保障风电场开发整体经济效益最优是风电场开发的关键,由于低风速风电场风速和风功率密度较低,提高风能可利用率和降低开发成本是各开发商追逐的目标。从机组选型方面,将会采用叶片更长的机组获取更多的发电量,势必带来相应成本的增加。
 
  另外,由于地形复杂,运输成本、道路修建成本、吊装成本也将相应增加,导致风电场开发成本大幅增加,如何保证项目盈利是目前低风速风电场开发面临的重大问题。
 
  第二,机组安全性和可靠性问题。低风速风电场风况复杂多样,尤其此类地区湍流强度、入流角、风切变等风况参数具有特殊性,对机组安全性和可靠性具有重要影响,目前国内无相应的指导标准规范,会给项目机组选型带来了一定的困扰。
 
  第三,运输和维护问题。低风速风电场地形的复杂性、气候环境的多样性,对风电机组运输和维护提出了更多的要求,此前尚无指导规范,因此开发人员进行机组选型存在诸多不确定性。
 
  这些问题会导致低风速风电场开发成本增高,投资回收期延长,安全可靠性风险增加,运维难度加大。
 
  着力解决机组规范化
 
  问:《低风速风力发电机组选型导则》对以往的选型理念有何重大突破?
 
  高首聪:低风速型风电机组的特有技术并非仅仅是加长叶片那么简单,还需要注意解决多方面问题,比如由于叶片加长带来的动力学问题;由于低风速所带来的运输、轮毂高度、塔架高度等问题。如何对其进行规定,以确保低风速型风电机组的发展规范化是目前风电行业尤为关注的问题。
 
  另外,该《导则》在对低风速型风电机组进行规范化的同时,还重点关注对低风速风电机组定义的明确。为确保低风速风电机组具有开发经济意义,深入分析低风速风电机组性能,并规范化低风速风电机组的性能要求。
 
  问:请介绍一下《低风速风力发电机组选型导则》的主要亮点?其主要选型原则有哪些?
 
  高首聪:第一,以风功率密度大小为标准,对低风速风电机组设计参数进行了分类分级定义;
 
  第二,为确保低风速风电场的开发经济效益,从发电量角度,对低风速风电机组的发电性能提出了具体要求;
 
  第三,针对低风速风场的环境特点,对机组载荷、结构安全、控制方面增加了新的要求。
 
  总体来看,这些技术项点均是从业主角度出发,对机组选型相关的重要参数如安全等级、结构安全、发电性能、控制与安全、运行与维护等进行了技术指标的定义与量化。
 
  引导制造商技术发展方向

  问:相比于“三北”地区传统风电开发,低风速风电开发对机组选型提出哪些特殊要求?有哪些禁忌?
 
  高首聪:本《导则》明确了低风速风电开发过程中必须考虑的因素。
 
  例如,低风速风电开发过程中,务必关注机位布置这一重要因素,避免机位点的湍流强度过大,对发电量、机组安全性造成较大影响。再如,要考虑机组与附近居民的距离,避免风电开发对当地居民生活带来较大影响。
 
  问:《低风速风力发电机组选型导则》主要是针对风电场机组选型,那么,对整机商设计和制造低风速风机是否也会有联动影响?
 
  高首聪:一个成熟的行业应该有它的通用标准或准则。虽然风电行业在中国已发展多年,但是针对低风速市场,整机厂商应该考虑哪些因素,一直以来并没有通用的标准。这种情况对于整个风电行业的发展来说,虽然看似百花齐放,但是可能埋下隐患。
 
  随着该《导则》的出台,国内众多厂商在低风速机组的设计之初就有了明确的依据。《导则》明确了低风速机组应该考虑哪些项点,对国内整机厂商的设计、生产有明确的指导意义。
 
  首先,低风速风场建设倾向于定制化风机。低风速区域环境千差万别,风资源分布相当分散,不同区域对风电机组也会有特殊要求,《导则》规定:将低风速风力发电机组等级根据年平均风速可分为D-I、D-II、D-III、D-S四级,每个等级根据湍流强度可分为A、B、C三类。
 
  便于风场建设根据当地情况定制化风机参数,但风机定制化无疑会增加风场建设成本,所以需要整机厂商在做出更多的创新性设计,既要满足风场风机定制化又要满足产业化降本的需求。
 
  其次,高塔架技术将倍受业内关注。《导则》指出,塔架高度应根据风电场的风切变和地形条件,通过技术经济比较确定。近年来风电行业发展的趋势非常明显,即大容量、长叶片、高塔筒,随着低风速区域的持续开发,其配套的相关技术越发成熟。
 
  就目前来看,增加风机的风轮直径的空间已经不大,而增加风机塔筒高度,是低风速区提升发电量的一种直接且有效的手段。
 
  最后,精细化风资源评估的云计算平台建设成为必须。南方风场风资源开发难度大,地形复杂,风况多变,好资源难寻。《导则》规定:切入风速不宜高于3.0米/秒、额定风速不宜高于10米/秒、切出风速宜高于18米/秒。因此对于低风速风场来说,发电量与风资源好坏密切相关。
 
  由此可见,整机厂商不能仅仅专注于整机生产,还要能为客户提供整体解决方案,如前期测风、微观选址、机位选择等在保证风电场后期收益中扮演的角色越来越重要。风资源评估技术的好坏,将直接对风电场机组选型、发电量计算、机组稳定运行和维护带来系统性风险,也将决定风电场工程投资成功与否。
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