提高风电场发电量的技术及其应用研究

来源:用户上传      作者: 胡晓春

　　摘 要：近些年来，社会经济的快速发展，居民生活质量水平的不断提升，对电场发电量提出了新的要求。其中风电场主要应用风资源进行发电，其不仅能够满足经济发展对于电量的需求，还不会对环境造成污染。该文通过对风能资源进行分析，重点研究了提高风电场发电量的技术方法，如偏航控制方法的优化、加大受风面积、更换叶片、创建合理的桨距角、对发电量相对偏低的机位完成移机等，从而有效提升风电场发电量，满足企业与居民的用电需求，推动社会经济的进一步发展。
　　关键词：风电场 发电技术 受风面积
　　中图分类号：TM614；TM711 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0090-01
　　风力发电主要是应用大自然风资源进行发电，通过风力发电机组将风能转变成机械能，然后再把机械能转换成电能，然后输送至电网，最后利用电网输送至千家万户。目前风电项目的不断增多，大部分风电场装机规模和单机容量以及选址等多方面存在一定差异，同时各个风电场的发电量也存在明显差距。对此，分析提高风电场发电量技术和应用有着重要意义。
　　1 风能资源分析
　　风能资源十分丰富。依据估算，世界上风能资源为地球中水资源的10倍，其中每年可以达到53万亿kW/h，但是现阶段开发与应用的风资源仅仅是一小部分。分布国家与地区依据当地的具体风资源条件有效估算出相应的风资源开发量。但是开发量估算不能仅仅依据风况条件进行确定，一定要综合考虑可以安装风力机的相关土地面积。如某地区风资源的开发量主要指此区域风能条件基础上，能够安装风力发电设备的总容量。各台机组的容量作为一个理论的相应设计计算获取的数值，而且各台机组运行过程中是否可以满足此设计值和当地风能潜力以及风况条件存在密切关系。唯有充分掌握创建风电场区域的风况过后，设计选取合适的风电机组才可以获取合理的发电量，从而确保风力机可以实现预期目标，最终获取最大的经济效益。
　　2 提高风电场发电量的技术方法
　　2.1 偏航控制方法的优化
　　偏航系统是水平轴风力发电机组必不可少的组成系统之一，主要作用有两个，一是与风电机组的控制系统相互配合，使风电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能；二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。而风轮相应有效扫风面积主要指针对来风方向的相关面积，若是风轮轴线和来风方向存在夹角，这时有效扫风面积就是风轮扫风面积相应的余弦值。除此之外，因为在偏航动作影响下，风电机组会受到原方向惯性作用，出现部分能量的损失。而偏航控制方法主要是在来风方向和风轮轴向的相应夹角超出规定角度时进行偏航动作，此监督是容差角。在实践运行过程中，风向变化相对频繁，所以容差角大小和偏航频率就会产生了矛盾。对此偏航控制方法一定要寻找适宜的容差角和风向夹角的均值，进而加强风能捕获能力。
　　2.2 加大受风面积
　　风力发电项目和火力发电以及水力发电存在一定差异，其中火力与水力发电能够自由、有效控制能量的输入，进而实现电能输出的严格控制，但是风力发电并非如此，风能作为一种自然过程性能源，其不可以贮存与人为产生变化，仅仅可以顺势进行应用。针对一台调节性能相对良好的机组，能够在一定程度上加大叶轮扫风面积，有效提升机组的发电量。根据拟建区域的风能资源分析，选择合适的风机叶片长度即扫掠面积和轮毂高度，以实现最大化利用风能资源。
　　2.3 更换叶片
　　新装的风电机组并不会出现此种问题，由于在进行安装前通过长时间测风，能够选择一项适宜当地风能资源的机组，从而满足年发电量的有关需求。针对已经正常运行的风电机组，以往风电机组基础的成本十分高，进行地点的更换是不可能的，但是仅更换一台新的风力机叶片相对便宜，同时其他相关部件不更换。若是风电机组的年应用小时为2000h，依据目前的风电价格进行计算，可以每年增加发电量15%。因此，在安全载荷计算通过的情况下，可以通过更换叶片提升风电场发电量。
　　2.4 合理桨距角的建立
　　因为叶片生产制造和安装以及设计存在一定误差，所处的不同环境与不同风速，会造成风的湍流度与风切变产生一定差异，然后导致入流角度和设计入流角度出现偏差，从而严重影响电场风电机组相应风能捕获率。而合理的桨距角主要经过在各种风速下建立相应的桨叶角度，然后经过认真对比与分析过后，选择一个最为适宜的桨叶角度。
　　2.5 发电机双模改造
　　现阶段，发电双馈技术的不断发展，使发电机中的最低转速达到了1080r/min，若是风速相对偏低难以满足此转速时，可以将风电机组有效切出。若是双馈发电机的转速相对偏低，就会导致工作效率下降。经过变化发电机的定子相应接线方法，能够把双馈发电机转换成为鼠笼发电机，进而在一定程度上有效降低机械损耗，提升发电机的工作效率，从而有效增加电场发电量。
　　2.6 发电量偏低的机位实现移机
　　针对发电量相对偏低的机位，通常是因为地理位置的风资源出现高估导致的。此部分机位可以利用机组技术进行有效改进，还可以应用更换长叶片的手段，但是提升发电量十分有限。对此，应该利用移机的手段将机组移至风资源相对丰富的区域，还可以加大塔筒的高度，实现发电量的有效提升。
　　3 结语
　　在分析风能资源评估的基础上，重点研究了提升风电场发电量的方法，如偏航控制方法的优化、加大受风面积、更换叶片、发电机双模改造等，根据具体状况选择相应的技术，可以在很大程度上有效提高风电场发电量。
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