淺析四川西北部高原風(fēng)電開發(fā)

【摘要】通過對(duì)四川西北部高原實(shí)測(cè)風(fēng)力數(shù)據(jù)的分析，探析在四川西北部高原開發(fā)風(fēng)電項(xiàng)目的可行性和必要性。

【關(guān)鍵詞】四川；高原；風(fēng)電；開發(fā)

引言

風(fēng)是沒有公害的能源之一，它取之不盡，用之不竭。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。

中國(guó)風(fēng)電從2008年開始爆發(fā)性增長(zhǎng)，在國(guó)內(nèi)受到各大電力集團(tuán)、公司的青睞，眾多投資商四處尋找風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的投資機(jī)會(huì)，川西北部高原的風(fēng)電開發(fā)也備受觀注。

1、川西北部高原風(fēng)電開發(fā)條件

四川省是全國(guó)風(fēng)速相對(duì)較小的省份之一，平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率分布規(guī)律一致，呈盆地內(nèi)較小西北部高原、西南部山區(qū)部分地區(qū)以及東部小部分地區(qū)較大的特點(diǎn)。根據(jù)《四川省風(fēng)能資源評(píng)價(jià)報(bào)告》，川西高原山區(qū)10m高度年平均功率密度在3.8～105.0W/m2，為全省風(fēng)能資源豐富區(qū)。從風(fēng)向來(lái)看，絕大多數(shù)地區(qū)的風(fēng)能集中在北和偏北風(fēng)向方位，大部分地區(qū)在這幾個(gè)方位的風(fēng)能占當(dāng)?shù)乜傦L(fēng)能的50%以上，部分地區(qū)甚至大于80%。估算四川省風(fēng)能資源潛在開發(fā)量約為15000MW。

從空間分布來(lái)看，四川省風(fēng)能資源主要分布在川西高原和盆周山區(qū)。從時(shí)間分布來(lái)看，四川省風(fēng)能資源主要集中在冬春季節(jié)，即每年11月到次年5月，基本是河流的枯水期。因此，大力開發(fā)風(fēng)能資源恰能夠補(bǔ)充水力發(fā)電在枯水期的出力不足。

2、TLH公司在川西北高原風(fēng)電前期工作及測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分析

2011年11月起，TLH公司在川西北高原某區(qū)域A、B兩縣分別設(shè)立5座測(cè)風(fēng)塔，用以測(cè)量該區(qū)域風(fēng)力資源情況。建立的5座測(cè)風(fēng)塔基本分布在北緯32度，具有區(qū)域同緯度風(fēng)力代表性。經(jīng)對(duì)比，其中1#塔的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)最優(yōu)良，并能代表區(qū)域特性。

2.1 1#塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分析

2.1.1測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

利用風(fēng)資源分析軟件對(duì)1#測(cè)風(fēng)塔各個(gè)高度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析（時(shí)間：2011.11.10 13：10～2012.12.21 13：00），分析結(jié)果如下：80m高度平均風(fēng)速5.6m/s，風(fēng)功率密度202W/m2，風(fēng)向東南偏南；70m高度平均風(fēng)速5.6m/s，風(fēng)功率密度202W/m2，風(fēng)向東南偏南；50m高度平均風(fēng)速5.4m/s，風(fēng)功率密度182W/m2，風(fēng)向東南偏南；30m高度平均風(fēng)速5.3/s，風(fēng)功率密度171W/m2，風(fēng)向東南偏東；10m高度平均風(fēng)速5.3m/s，風(fēng)功率密度175W/m2，風(fēng)向東南偏東。

2.1.2 1#測(cè)風(fēng)塔80m高度數(shù)據(jù)分析

1）WeiBull分布圖及風(fēng)向玫瑰圖

2）風(fēng)速：通過對(duì)1#測(cè)風(fēng)塔一個(gè)完整年測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的處理，可以看出，80m高度年平均風(fēng)速一般，3m/s以下的風(fēng)速段占全年的18.4%，3m/s～16m/s的有效風(fēng)速段占全年的81.6%，效風(fēng)速段所占比率較大，具備一定的開發(fā)價(jià)值。

3）風(fēng)向：年盛行風(fēng)向明確，為東南偏南（SSE）。

2.1.3空氣密度

根據(jù)GB/T18710-2002標(biāo)準(zhǔn)，采用測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)的氣溫、氣壓數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)空氣密度。年平均空氣密度按下式計(jì)算：

2.1.4湍流強(qiáng)度

大氣湍流強(qiáng)度表示瞬時(shí)風(fēng)速偏離均值的程度，是評(píng)價(jià)氣流穩(wěn)定程度的指標(biāo)，其大小關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)資源質(zhì)量的優(yōu)劣。大氣湍流度與地理位置、地形、地表粗糙度和影響天氣系統(tǒng)的類型等因素有關(guān)。

湍流強(qiáng)度是相同時(shí)段的標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均風(fēng)速的商。數(shù)據(jù)記錄時(shí)段采用10分鐘平均值進(jìn)行湍流強(qiáng)度的計(jì)算，公式為：

2.1.5風(fēng)切變指數(shù)

風(fēng)切變指數(shù)可描述風(fēng)矢量在垂直方向上的空間變化情況。風(fēng)切變指數(shù)a由下式計(jì)算：

2.2發(fā)電量計(jì)算

2.2.1修正因子的選取

年上網(wǎng)電量需要考慮以下相關(guān)的折減因素在理論發(fā)電量基礎(chǔ)上修正。該項(xiàng)目的修正因子參考可研報(bào)告如下：

1）空氣密度修正。根據(jù)測(cè)風(fēng)塔的平均氣溫和氣壓，計(jì)算出場(chǎng)區(qū)空氣密度為0.789kg/m3。在計(jì)算過程中，選用當(dāng)?shù)乜諝饷芏认碌墓β是€，此處不需折減。2）尾流影響。風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)電機(jī)組之間有相互影響，在進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行尾流修正。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)況特征，各風(fēng)電機(jī)組的具體位置以及風(fēng)電機(jī)組的推力系數(shù)曲線等因數(shù)綜合考慮。折減系數(shù)取95%。3）控制和湍流折減。經(jīng)計(jì)算，湍流強(qiáng)度屬中等湍流強(qiáng)度，控制和湍流折減系數(shù)取5%，即控制和湍流系數(shù)取95%。修正系數(shù)0.95。4）葉片污染折減。初步考慮葉片污染造成的電能損耗按5%計(jì)。即污染系數(shù)取95%。5）風(fēng)電機(jī)組可利用率。根據(jù)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造水平和本風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際條件，擬定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率為95%。6）功率曲線折減?？紤]到風(fēng)電機(jī)組廠家對(duì)功率曲線的保證率一般達(dá)不到設(shè)計(jì)狀態(tài)，因此在計(jì)算發(fā)電量時(shí)取風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率為95%。7）廠用電、線路等能量損耗。考慮主變壓器和箱式變壓器損耗、線路損耗、廠用電等合計(jì)占總發(fā)電量的3.0%，取損耗系數(shù)為97%。8）氣候影響停機(jī)。根據(jù)本風(fēng)電場(chǎng)的氣候特征，并參考其它工程氣候?qū)偘l(fā)電量的影響，取氣候影響停機(jī)系數(shù)為95%。

綜合以上修正系數(shù)，得出總的修正系數(shù)為0.713，若要得到實(shí)際的發(fā)電量，需用理論的發(fā)電量乘以該系數(shù)。

3、結(jié)論

經(jīng)對(duì)TLH公司1#測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的初步評(píng)估，年利用小時(shí)數(shù)太低，且區(qū)域遠(yuǎn)離電網(wǎng)，在近期暫不具備開發(fā)價(jià)值。

根據(jù)實(shí)際測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)情況，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)電開發(fā)進(jìn)度，筆者認(rèn)為，四川川西北部高原風(fēng)電開發(fā)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）區(qū)域地貌多屬高海拔草原，地勢(shì)開闊，有規(guī)模開發(fā)的潛力，但海拔較高。隨著海拔增加，變化較大的是環(huán)境溫度、空氣密度及氣壓，海拔每增高1千米，相對(duì)大氣壓力、空氣密度約降低10%左右，環(huán)境溫度降低約5℃。2）平均風(fēng)速較低；3）電網(wǎng)建設(shè)滯后，區(qū)域負(fù)荷消納有限；4）地域偏遠(yuǎn)，交通、運(yùn)輸、建設(shè)條件較差；5）涉及少數(shù)民族放牧區(qū)域，在設(shè)計(jì)選址和糾紛協(xié)調(diào)上需審慎對(duì)待。

綜上所述，四川川西北部高原風(fēng)電的開發(fā)存在風(fēng)功率密度低、平均風(fēng)速小的困難，對(duì)風(fēng)機(jī)的掃風(fēng)面積、抗低溫、電氣絕緣等方面的要求更高，要解決建設(shè)、送出等方面的問題也需很高的投入，但上網(wǎng)電價(jià)是固定的，且未來(lái)有下降的空間，與設(shè)備造價(jià)的下行是不匹配的。在現(xiàn)有條件下，開發(fā)的投資成本與回報(bào)將有巨大的反差，暫不具備投資開發(fā)的條件。應(yīng)待風(fēng)機(jī)技術(shù)提高，低風(fēng)速、高海拔機(jī)型成熟且投資經(jīng)濟(jì)可行時(shí)再審慎推進(jìn)。