陆上风电项目风机选型和风机布置的一般原则

一、风机选型

1.主流陆上风电机型

陆上风电场风机选型时,应结合当前风电市场情况和研发进度,优先选用主流主机厂商推出的适用于项目当地资源情况的主流机型。风机选型原则应以度电成本最低为主,兼顾风力发电机选型原则的各项原则要求。

目前主流风电整机厂商有十几家企业,包括金风科技、远景能源、明阳智能、三一重能、中车株洲、中船海装、上海电气、东方电气、运达股份、联合动力、华锐风电等等,可供选择的风机机型有几百种可选。

据统计,2022年∽2023年的主流机型单机容量为4MW∽6.7MW,且单机容量有逐年增加的趋势。2024年,陆上风电机组的单机容量有显著提升,陆上最大单机容量由10MW提升到12.5MW,10MW风机已经投入批量应用,装机占比达到5.2%。

其中4MW∽6.7MW的主流单机容量、主机厂商及机型示例参考如下:

1)金风科技

①机型:GWH171-5.0,GWH191-5.0,容量:5MW。

②机型:GWH191-5.27,容量:5.27MW。

(2)远景能源

①机型:EN-171/5.0,EN-192/5.0,容量:5MW。

②机型:EN-200/5.5,容量:5.5MW。

③机型:EN-182/6.0,容量:6MW。

④机型:EN-182/6.2,容量:6.2MW。

⑤机型:EN-182/6.25,EN-192/6.25,容量:6.25MW。

⑥机型:EN-192/6.5,容量:6.5MW。

⑦机型:EN-182/6.7,EN-192/6.7,容量:6.7MW。

(3)明阳智能

①机型:MySE4.0-182,MySE4.0-182/105,容量:4MW。

机型:MySE5.0-156/90,MySE5.0-166/98,MySE5.0-182/105,MySE5.0-193/110,MySE5.0-193/140,MySE5.0-193/150,MySE5.0-193/160,MySE5.0-200/115,容量:5MW。

②机型:MySE6.25-193/110,MySE6.25-193/140,MySE6.25-193,容量:6.25MW。

③机型:MySE6.7-193/110,MySE6.7-193,容量:6.7MW。

4)三一重能

①机型:SI-17250,SI-19350,SI-20050,容量:5MW。

②机型:SI-20056,容量:5.6MW。

③机型:SI-172625,SI-193625,SI-200625,容量:6.25MW。

④机型:SI-17267,SI-20067,容量:6.7MW。

(5)中车株洲

①机型:WT6000D185,WT6000D185H105,容量:6MW。

②机型:WT6250D195,WT6250D195H110,容量:6.25MW。

(6)中船海装

①机型:H185-5.0,容量:5MW。.

②机型:H171-4.0,容量:4MW。

③机型:H193-6.25,容量:6.25MW。

7)东方电气

①机型:DEW-G5000-195,容量:5MW。

②机型:DEW-H6250-186,DEW-H6250-200,容量:6.25MW。

2.风力发电机选型原则

(1)风力发电机组应符合《风力发电机组设计要求》GB/T18451.1和《风电场接入电力系统技术规定》GB/T19963的有关规定。

(2)风力发电机组应根据区域地理环境、风能资源适宜性、安全等级、安装运输条件、运行检修条件等因素选择。

(3)风力发电机组选型应结合轮毂高度处平均风速、50年一遇10min平均最大风速、15m/s风速区间的湍流强度Ir15、气候特征、场地地形、技术经济条件、运行检修条件等因素确定。

(4)风力发电机组的安全等级应通过轮毂高度处50年一遇10min平均最大风速和15m/s风速区间的湍流强度Ir15进行判定,风力发电机组选型应满足安全等级要求。

表1风力发电机组选型安全等级划分

注:

①类型等级I指具有高平均风速和极端风速的场地,通常I类场地靠近海,但I类场地不包括台风风况。

②类型等级Ⅱ级和Ⅲ级为典型内陆场地,风力条件为中等至良好。

③S级特殊情况的类别由设计者确定。

④Vave为轮毂高度处年平均风速。

⑤Vref是轮毂高度处10分钟平均50年一遇最大风速。

⑥Iref为风速为15m/s时的平均湍流强度。

⑦A高湍流;B中湍流;C低湍流。

(5)风力发电机组的轮毂高度应根据风切变水平、场地地形等因素进行轮毂高度技术经济比选确定。

表2风切变指数范围划分及对应轮毂高度

风力发电机组的单机容量应根据不同容量风力发电机组组成的风力发电场投资和运行期收益,经技术经济比较后确定,选取度电成本最优方案。

对于复杂山地风电场,不宜选择单机容量8MW以上风力发电机组,选取大叶片应考虑运输、安全距离和限制性因素等。

3-单机容量与叶轮直径选择

6)对于风电场区风况差异较大的复杂山地风电场,应考虑不同机型混合布机的方案比选。

(7)在场地面积、交通运输条件和地形条件允许的情况下,宜选择大容量的风力发电机组。

(8)极端最低气温低于-20℃地区,应选择低温型风力发电机组。

(9)海拔高度在3000m以上地区,应选择高海拔型风力发电机组,同时还应结合场址的空气密度、太阳辐射强度、湿度、气压、温差、雷暴日数、风沙及凝冻等气候环境参数进行机组选型。

(10)若风电场最近20年内出现过台风正面袭击或侧面影响时,应选择防台机型。

(11)风力发电机组应具有下列认证:

设计认证和产品认证

测试认证

高电压穿越认证

④低电压穿越认证

⑤频率适应性认证

⑥风电场风机连续高低穿性能认证。

(12)风力发电机组应具备有功和无功功率控制功能。

(13)风力发电机组应具备下列安全保护功能:

顺桨保护

消防保护

锁定保护

④外挂保护。

3.塔筒

风机塔筒是风力发电机组的重要组成部分,起到支撑风电机组和承受风力荷载的作用。

当轮毂高度≥140m时,宜采用混凝土-钢混合塔筒;当轮毂高度<140m时,宜采用钢塔筒。

塔筒宜设置垂直度在线检测系统。

1钢塔筒

钢塔筒体、法兰及内附件所用原材料必须符合各主机厂家技术规范及当地环境要求,钢塔筒设计及施工应满足相关规范要求。

2混凝土-钢混合塔筒

混凝土-钢混合塔筒由底部混凝土塔筒段和顶部钢塔筒段组合而成,应按《风力发电机组预应力装配式混凝土塔筒设计规范》(T/CEC 5008-2018)、《风电机组混凝土-钢混合塔筒施工规范》NB/T 10908执行。

二、风机布置

(1)风电机组布置与铁路、省级及以上公路、输电线路、地面敷设的油气管道等设施的避让距离宜为自塔架根部外沿起至避让对象保护范围边缘,避让距离应符合以下规定:

①距离铁路、高速公路、220kV及以上架空输电线路不宜小于风电机组倒塔距离的1.5倍。

②距离省级及以上等级公路、35kV以上架空输电线路、地面油气管道不宜小于风电机组倒塔距离的1.0倍。

③风电机组布置应符合《声环境质量标准》GB3096对噪声限值的规定。

④风电机组布置对阴影闪变敏感区域的影响时间每年不宜超过30h,每天不宜超过30min。

⑤风电机组布置应避开滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地质灾害易发区域。

(2)风电机组布置与电力电缆、通信电缆和通信光缆的避让距离应自风电机组基础外边缘计算,避让距离不应小于10m。

(3)风电机组的机位排列宜垂直于主风能方向,行间距不宜小于3倍风轮直径,列间距不宜小于5倍风轮直径。对于沿山脊单排或双排布置的风电场,可减小列间距。对于主风能方向不集中的风电场,可调整行间距、列间距。

(4)对于位于简单地形区域、装机容量大于500MW的风电场,宜设置风能资源缓冲恢复区。

(5)风电机组布置应考虑地势的陡变、遮挡的影响。

(6)风电机组布置应符合施工作业面和运行维护对机位场地的要求。对于降低风电机组机位基面的,宜通过技术经济比较后确定布置方案。

(7)对于施工和运输难度大的风电机组机位,应根据风电机组塔架、叶片和机舱的尺寸及其重量对运输与施工费用的影响,综合其发电量后优化布置。

(8)风电机组布置宜考虑风电场凝冻结冰造成的脱冰或甩冰对周边的影响。

(9)风电机组布置涉及河道及其滩地的,应符合河道管理的有关规定。

(10)风电场整体平均尾流损失宜小于8%,单台风电机组的尾流损失宜控制在15%以内。

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