風(fēng)資源對(duì)風(fēng)力發(fā)電性能的影響分析

王淑麗

【摘要】風(fēng)資源是風(fēng)力發(fā)電的原材料，因此，對(duì)風(fēng)資源進(jìn)行有效的評(píng)估是必不可少的。文章對(duì)風(fēng)資源對(duì)風(fēng)力發(fā)電性能的影響進(jìn)行分析，具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)資源；風(fēng)力發(fā)電；性能；影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TM315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

文章對(duì)全球風(fēng)力發(fā)電發(fā)展進(jìn)行了介紹，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)風(fēng)資源對(duì)風(fēng)力發(fā)電性能的影響進(jìn)行了探討。

二、全球風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況

1.資源分布

風(fēng)能的有效利用取決于風(fēng)力機(jī)輪中心高處最小年平均風(fēng)速。這一界限一般取5m/s左右；根據(jù)實(shí)際利用情況，這一界線(xiàn)值可能高一些或低一些。由于風(fēng)力機(jī)制造成本的降低以及常規(guī)能源價(jià)格的提高，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每年來(lái)自外層空間的輻射能為1.5*1018kw·h；這一能量是1973年全世界電廠(chǎng)1*1010kw·h功率的約400倍。風(fēng)能的年平均風(fēng)速不是每年相同，但偏差不大。通過(guò)對(duì)不同氣象站的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，年平均風(fēng)速的最大偏差小風(fēng)車(chē)為1m/s，大風(fēng)車(chē)為1.3m/s，其中50%氣象站的誤差在0.2m/s以下。

2.發(fā)展階段

德國(guó)和丹麥?zhǔn)亲钤绨l(fā)展風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的國(guó)家。隨著各國(guó)將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)作為重點(diǎn)扶持的新興行業(yè)，全球風(fēng)力發(fā)電行業(yè)迅速發(fā)展。主要分布為四個(gè)發(fā)展階段：一是起步階段；因軌跡能源危機(jī)，當(dāng)時(shí)各國(guó)對(duì)風(fēng)能的開(kāi)發(fā)非常重視，所以這一階段國(guó)際風(fēng)力發(fā)電技術(shù)數(shù)目增長(zhǎng)迅速。丹麥維斯塔斯、德國(guó)愛(ài)納康公司等國(guó)際風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的重要競(jìng)爭(zhēng)者在這一階段開(kāi)始成長(zhǎng)。二是穩(wěn)步發(fā)展階段；因國(guó)際油價(jià)穩(wěn)定，加之風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的集中性、壟斷性初露端倪，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展緩慢。三是波動(dòng)發(fā)展階段；這一階段風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的壟斷性加劇，從原材料、工藝技術(shù)到市場(chǎng)幾乎被少數(shù)幾個(gè)世界頂級(jí)公司所壟斷，所以風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)業(yè)技術(shù)很長(zhǎng)一段時(shí)間都趨于平緩。四是高速發(fā)展階段；自2002年以來(lái)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展速度以創(chuàng)歷史新高。每年的新增裝機(jī)容量都突破10000MW，近幾年來(lái)全球新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)主要集中在美國(guó)、中國(guó)、西班牙、印度和德國(guó)等國(guó)。

技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有兩種發(fā)展模式。陸地風(fēng)力發(fā)電，其風(fēng)向是低風(fēng)速發(fā)電技術(shù)，主要機(jī)型是2- 5MW的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這種模式的關(guān)鍵是向電網(wǎng)輸電。近海風(fēng)力發(fā)電，主要用于比較淺的近海海域，安裝5MW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大；變槳距功率可調(diào)節(jié)型機(jī)組發(fā)展迅速。變速恒頻技術(shù)得到快速推廣。無(wú)齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大。全功率變流技術(shù)興起。

三、風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)

1.風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)

首先，風(fēng)能取之不盡，用之不竭，屬于清潔高效的新能源。在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的時(shí)候，要讓不會(huì)產(chǎn)生任何廢氣和廢水，沒(méi)有其他污染，屬于一項(xiàng)可再生能源，用風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)非常有利的事情。跟其他發(fā)電方式進(jìn)行比較，風(fēng)力發(fā)電不需要購(gòu)買(mǎi)燃料，也不需要對(duì)材料的運(yùn)費(fèi)負(fù)責(zé)，更不需要對(duì)發(fā)電遺留的殘?jiān)M(jìn)行處理。

其次，風(fēng)力發(fā)電具有地域性，不是每一個(gè)地域都可以修建風(fēng)力發(fā)電站。風(fēng)力發(fā)電站必須要要建立在風(fēng)能資源豐富的區(qū)域，風(fēng)速比較大，持續(xù)的時(shí)間也是相當(dāng)長(zhǎng)的，風(fēng)力資源跟地勢(shì)和地貌有著比較大的關(guān)系。

再次，風(fēng)力發(fā)電具有比較強(qiáng)的季節(jié)性，這個(gè)特點(diǎn)就決定了風(fēng)力發(fā)電只能在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中處于一個(gè)配角的位置，風(fēng)力發(fā)電的使用方式主要有兩種：一種是能源利用：風(fēng)力發(fā)電機(jī)群并網(wǎng)進(jìn)行，沒(méi)有風(fēng)就不發(fā)電；另一種是沒(méi)有電網(wǎng)的高山、牧區(qū)和海島，主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)跟柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，有風(fēng)力的時(shí)候進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，沒(méi)有風(fēng)力的時(shí)候用柴油機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

2.風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：清潔，具有比較好的環(huán)境效益；屬于可再生資源，不會(huì)枯竭；建設(shè)周期比較短，投資也不大；裝機(jī)的規(guī)模比較靈活。

缺點(diǎn)：有噪聲和視覺(jué)方面的污染；占用的土地面積比較大；穩(wěn)定性不好，不可控；當(dāng)前的應(yīng)用成本比較高。

四、風(fēng)力資源測(cè)評(píng)評(píng)估

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址初步選定后，應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在場(chǎng)址中立塔測(cè)風(fēng)。測(cè)風(fēng)塔位置的選擇要選具有代表整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源狀況，具體做法：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形情況結(jié)合地形圖，在地形圖上初步選定可安裝風(fēng)機(jī)的位置，測(cè)風(fēng)要立于安裝風(fēng)機(jī)較多的地方，如地形較復(fù)雜要分片布置立測(cè)風(fēng)塔，測(cè)風(fēng)塔不能立于風(fēng)速分離區(qū)和粗糙度的過(guò)渡線(xiàn)區(qū)域，即測(cè)風(fēng)塔附近應(yīng)無(wú)高大建筑物、地形較陡、樹(shù)木等障礙物，與單個(gè)障礙物距離應(yīng)大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應(yīng)保持在障礙物最大高度的10倍以上；測(cè)風(fēng)塔位置應(yīng)選擇在風(fēng)場(chǎng)主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。測(cè)風(fēng)塔數(shù)量依風(fēng)場(chǎng)地形復(fù)雜程度而定：對(duì)于較為簡(jiǎn)單、平坦地形，可選一處安裝測(cè)風(fēng)設(shè)備；對(duì)于地形較為復(fù)雜的風(fēng)場(chǎng)，要根據(jù)地形分片布置測(cè)風(fēng)點(diǎn)。測(cè)風(fēng)高度最好和風(fēng)機(jī)的輪轂高度一樣，應(yīng)不低于風(fēng)機(jī)輪轂高度的2／3，一般測(cè)風(fēng)塔為70m高，分別在10m、30m、50m、70m的位置安裝測(cè)風(fēng)設(shè)備。測(cè)風(fēng)塔設(shè)立后，進(jìn)行至少1年以上的觀測(cè)，主要測(cè)量l0m-70m／l00m的l0分鐘平均風(fēng)速和風(fēng)向、日平均氣溫、日最高和最低氣溫、日平均氣壓以及10分鐘脈動(dòng)風(fēng)速平均值。這些風(fēng)速的測(cè)量主要是為了根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線(xiàn)計(jì)算發(fā)電量。

通過(guò)與長(zhǎng)期站的相關(guān)計(jì)算整理一套反映風(fēng)電場(chǎng)長(zhǎng)期平均水平的代表數(shù)據(jù)。綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)地形、地表粗糙度、障礙物等。并合理利用風(fēng)電場(chǎng)各測(cè)站訂正后的測(cè)風(fēng)資料，利用專(zhuān)業(yè)風(fēng)資源評(píng)估軟件，繪制風(fēng)電場(chǎng)預(yù)裝風(fēng)電機(jī)組輪轂高度風(fēng)能資源分布圖，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組功率曲線(xiàn)計(jì)算各風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。根據(jù)以上形成的各種參數(shù)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)估，以判斷風(fēng)電場(chǎng)是否具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。

五、風(fēng)資源對(duì)風(fēng)力發(fā)電性能的影響

風(fēng)能資源常以風(fēng)能密度表示，即單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的氣流所具有的能量。當(dāng)風(fēng)速V≥2米/秒時(shí)，風(fēng)能就可開(kāi)發(fā)利用?，F(xiàn)在我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源醞藏量、技術(shù)可開(kāi)發(fā)量、經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量的計(jì)算方法，在任何技術(shù)規(guī)程和規(guī)定中都沒(méi)有明確。

一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)在有限的范圍內(nèi)、能夠開(kāi)發(fā)多大的風(fēng)能資源？是投資商十分關(guān)心的問(wèn)題、設(shè)計(jì)咨詢(xún)單位應(yīng)解決并回答下面的問(wèn)題：在合理利用風(fēng)能資源和實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源利用最大化時(shí)的前提下、計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源醞藏量，確定風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)可開(kāi)發(fā)量和經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量（即規(guī)劃容量）。這是風(fēng)電場(chǎng)的前期工作必須解決的問(wèn)題。

一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的醞藏量，取決于風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)的成果和面積的大小，根據(jù)測(cè)風(fēng)成果，分析和計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)的功率密度，資源評(píng)價(jià)，并根據(jù)功率密度和面積計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源醞藏量。

一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)可開(kāi)發(fā)量是在掌握風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源醞藏量的前提下，在風(fēng)電技術(shù)及風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)條件允許的情況下，最大的技術(shù)可開(kāi)發(fā)量，不一定是最佳的建設(shè)容量。一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)可開(kāi)發(fā)量的大小取決于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)條件和機(jī)型的選擇。

一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量是在風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)可開(kāi)發(fā)量的前提下，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化計(jì)算比較后確定的，是投資者最關(guān)心的。一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃容量應(yīng)該是該風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量。

其實(shí)，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃容量的確定，應(yīng)該涉及到這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)究竟有多少風(fēng)能資源醞藏量，在目前風(fēng)電技術(shù)條件下，這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)上究竟有多大的可開(kāi)發(fā)量，這些風(fēng)能資源如何得到充分的開(kāi)發(fā)利用？如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源利用最大化？不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，也不能簡(jiǎn)單用一個(gè)單位面積開(kāi)發(fā)容量系數(shù)(5MW/km2) 能夠解決的，只有通過(guò)不同機(jī)型的選擇，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)型的優(yōu)化配置，確定適合該風(fēng)電場(chǎng)的最佳機(jī)型；再通過(guò)機(jī)組的優(yōu)化布置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源的優(yōu)化配置；通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后確定風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的可開(kāi)發(fā)量，即規(guī)劃容量。

結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力資源的質(zhì)量對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的配置、產(chǎn)生電能的質(zhì)量等都具有重要影響，因此，加強(qiáng)風(fēng)資源對(duì)風(fēng)力發(fā)電性能的影響是非常有必要的。

參考文獻(xiàn)

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