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风电机组总体设计计算器

国际新能源网  来源:风电峰观察  作者:盖峰  日期:2018-02-26
  前言
 
  为便于在概念设计或初步设计阶段快速确定机组总体设计参数,特编制该计算器,供业内同仁参考使用。
 
  本计算器的输入条件分为风电机组设计参数与目标风场条件两类,通过计算得到不同组合方案下的风电机组等效小时数。
 
  1、输入条件
 
  1.1风电机组设计参数
 
  1.1.1机组容量:风电机组的额定容量,单位为kW。
 
  1.1.2风轮直径:风电机组的风轮直径,单位为m。
 
  1.1.3发电机转速:发电机转速分为发电机并网转速与额定转速,单位为rpm。
 
  对于双馈发电机,其转速范围较为确定,并网转速通常为70%n0(n0为同步转速),额定转速通常为117%n0~120%n0;对于永磁电机,其转速范围较宽,并网转速可达到50%n0,额定转速通常为110%n0。
 
  1.1.4切入/切出风速:风电机组的切入/切出风速,单位为m/s。
 
  1.1.5齿轮箱传动比:齿轮箱传动比,无单位。
 
  对于有高速机型与半直驱机型,直接填写齿轮箱传动比;对于直驱机型,齿轮箱传动比为1。
 
  1.1.6叶片参数:叶片参数包括最优Cp,以及最优Cp对应的最优叶尖速比λ,两参数均无单位。
 
  由于每款叶片均有不同的Cp-λ曲线,但将市场上现有的全部叶片均输入程序存在困难,故通过对不同叶片的Cp-λ曲线进行无量纲化处理,得到一条具有代表性的(Cp/Cp0)-(λ/λ0)曲线(Cp0与λ0分别为最优Cp及对应的最优λ)。在计算过程中,通过输入特定叶片的最优Cp与最优λ,将该叶片的Cp-λ曲线还原。
 
  1.1.7效率与自耗电:效率包含机械效率(主要为齿轮箱效率)与电气效率(包括发电机效率、变流器效率、变压器效率),单位为%;自耗电为机组自耗电,单位为kW。
 
  由于机组效率与自耗电在不同的工况下存在差异,为简化计算,本计算器将效率与自耗电简化为恒定值进行处理。
 
  1.2目标风场条件
 
  1.2.1空气密度:风电机组预计使用地的风场平均空气密度,单位为kg/m3。
 
  1.2.2年平均风速:风电机组预计使用地的轮毂高度处的风场年平均风速,单位为m/s。
 
  由于发电量计算过程中,需采用风速分布,为简化计算,本计算器默认风速分布服从瑞利分布(k值为2的威布尔分布)。
 
  1.2.3折减系数:风场发电量折减系数,单位为%。
 
  根据国家发改委于2009年6月2日发布的《关于对中国风电发电量折减问题的说明》,我国风电项目折减系数范围大致在55%~80%之间,通常取70%~80%。
 
  2、输出条件
 
  2.1等效小时数:风电机组在目标风场的年等效小时数,单位为h。
 
  本计算器考虑闰年的因素,按照每年8766h计算,并四舍五入至0.1h。
 
  2.2方案对比结果
 
  对方案1与方案2的等效小时数进行对比,等效小数高的方案即更优方案;如两方案的等效小时数完全相等,则认为两方案效果相同。
 
  3、示例
 
  要设计一款82米风轮直径的1.5MW机组,根据经验或外购件信息可确定如下参数:
 
  1、机组容量:1500kW。
 
  2、风轮直径:82米。
 
  3、发电机转速:假设采用转速范围为1050rpm~1750rpm的双馈电机。
 
  4、切入/切出风速:根据经验假设分别为3m/s与25m/s。
 
  5、齿轮箱传动比:假设为100,或根据发电机额定转速与风轮额定转速计算得到。
 
  6、选定叶片最优λ与最优Cp:假设分别为10和0.49。
 
  7、效率与自耗电:假设机械效率为97%,电气效率96%,自耗电40kW。
 
  8、风电场条件:空气密度1.225kg/m3,年平均风速7.5m/s(服从瑞利分布),折减系数70%。
 
  将以上参数输入计算器,点击“快速计算”按钮,得到等效小时数计算结果。
 
  如存在两种设计方案,在点击“快速计算”按钮后,自动对两种方案的等效小时数进行计算,并将计算结果进行对比,如方案1(2)等效小时数高于方案(2)时,对比结果栏中显示“方案1(2)效果更好!”;如两方案等效小时数完全相等,则显示“两方案效果相同!”。
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