风电场设计基础知识
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风力发电设计知识点大全风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术,被广泛应用于全球各地。
在进行风力发电的设计过程中,需要考虑的知识点颇多。
本文将全面介绍风力发电设计中的相关知识点。
一、风能资源评估在进行风力发电设计之前,首先需要评估可利用的风能资源。
这包括风能资源的空间分布、年均风速、风速频率分布等。
评估风能资源的准确性对于风电场选择和发电量预测至关重要。
二、风机类型选择根据不同的风能资源特点和场地条件,选择合适的风机类型。
常见的风机类型包括水平轴风机和垂直轴风机。
水平轴风机适用于大范围的风速变化,而垂直轴风机适用于低风速和复杂风场条件。
三、风机布局设计风机布局设计旨在最大程度地利用风能资源,同时避免风机之间的相互影响。
根据风机间距、排列方式和布局密度等参数,优化布局设计可以提高风机组发电效率。
四、风机叶片设计风机叶片的设计直接影响风机的转速和功率输出。
合理选择叶片的长度、形状和材料,以及优化叶片的空气动力学性能,可以提高风机的效率和稳定性。
五、风机控制系统设计风机控制系统是保障风机安全运行和最大化发电效率的关键。
通过对风机的定位控制、偏航控制和电气控制等参数的优化设计,可以实现对风机的精确控制和保护。
六、风电场电网接入设计风电场需要与电网进行接入,将风能转化为电能并输送至用户。
电网接入设计需要考虑电压稳定、频率控制和电网功率调节等因素,确保风力发电系统与电网的良好匹配。
七、风电场维护与运行管理风电场的维护和运行管理是保证风机长期高效运行的关键。
定期的维护计划、故障诊断与排除、性能监测和运行数据分析等,可以提高风电场的可靠性和经济性。
结论风力发电设计涉及的知识点众多,本文简要介绍了风能资源评估、风机类型选择、风机布局设计、风机叶片设计、风机控制系统设计、电网接入设计以及风电场维护与运行管理等方面的内容。
在实际设计中,还需要考虑工程成本、环境影响评估等因素。
只有全面考虑各个方面的因素并合理优化设计,才能实现风力发电系统的高效运行和可持续发展。
第一章风能及风能资源一.风的成因风是环绕地球大气层中的空气流动.流动的空气所具有的能量,也就是风所具有的动能,就称为风能.从广义太阳能的观点看,风能是由太阳能转化而来的.来自太阳能的辐射能不断地传送到地球表面周围,因受太阳照射而受热的情况不同,地球表面各处产生了温差,因而产生气压差,由此形成了空气的流动.因此,可以说是太阳把能量以热能的形式传到地球而后又转换成风能的.二风的风类大气环流――地球表面的大气环流是由于太阳辐射及地球自转而引起的.在赤道上,太阳垂直照射,地面受热很强:而在地球两极地区,太阳是倾斜照射的,地面受热则较弱,热空气较冷空气轻,就造成在赤道附近热空气向空间上升,并通过大气层上部流向两极;两极地区的冷空气则流向赤道.由于地球本身自西向东旋转的结果,这种大气环流在北半球产生了东北风,在南半球则产生了东南风,分别称为东北信风和东南信风.海陆风――沿海地球陆地同海上所形成的风向交替的海风与陆风,它们是由于昼夜之间温度变化而造成的.在白日,陆地上接受的太阳辐射热量较海水要强,因而陆地上的空气受热向上流动,而海洋面上的空气较冷,较冷的空气则自海洋流向沿岸陆地,这样就形成了海风;在夜间,陆地上的空气比海洋上的空气冷却要快,这样就造成海洋上的空气上升,而陆地上较冷的空气沿地面流向海洋,形成了陆风.山谷风――山岳地区在一昼夜间风向交替的山风(或称山岳风)与谷风(或称平原风).谷风的产生是由于日间太阳照射使山坡上的空气温度升高,热空气上升,而地势地处的冷空气则自山谷向上流动,这就形成了谷风;到了夜晚,空气中的热量向高空散发,高空中的空气密度增大,空气则沿山坡向下流动,这就形成了山风.第二章风的描述如上所述,风是由于空气的流动而形成的,因此可被看做是向量,包括空气流动的速度及流动的方向两个要素,也即是风速和风向.对于人类来说,风是最熟悉的自然现象之一,风速与风向在不同的时间(每日每月每年)都有一定的周期性变化.为了估算某一地域的风能资源,必须测量出每日、每月、每年的风速及风向数据,了解其变化的情况。
风电场基础工程设计风电作为一种可再生的清洁能源,近年来受到了广泛关注和应用。
而风电场作为风能转化为电能的重要设施,其基础工程设计对于风电场的安全运行和高效发电起着至关重要的作用。
本文将探讨风电场基础工程设计的相关内容。
一、基础工程设计的重要性风电场基础工程设计是风电场建设的基础和关键。
其设计质量直接影响到风电设备的稳定性和安全性,更对风电场的经济效益和发电量产生重要影响。
首先,风电场基础工程设计决定了风力发电机组的安全运行。
风电机组是一个极其复杂的系统,其承载巨大的机械转动力和风载荷。
良好的基础工程设计可以增强风电机组的稳定性和抗风能力,降低发生故障的风险。
其次,基础工程设计直接关系到风电场的经济效益和发电量。
合理的基础工程设计可以减少基础材料的使用量,降低工程建设成本,从而提高风电场的经济效益。
同时,科学合理的基础工程设计也能够最大限度地提高风电转化效率,增加风电场的发电量。
二、基础工程设计的要点1.地质勘测地质勘测是风电场基础工程设计的首要环节。
通过对地质条件的详细研究和分析,可以得到关于地下岩层、土质、地下水位等信息,为基础工程设计提供科学依据。
地质勘测还可以评估地基的稳定性和承载力,为基础设计提供有效参数。
2.选定基础形式与材料基础形式与材料的选择是基础工程设计的关键环节。
对于风电机组来说,常见的基础形式有混凝土基础、钢筋混凝土基础和钢管桩基础等。
根据地质条件、风电机组类型和工程要求等因素,选择适合的基础形式。
同时,基础材料需要具备足够的强度和耐久性,以确保风电机组的安全运行。
3.积极应对振动和冻融荷载风电机组在运行过程中会产生较大的振动荷载,对基础工程设计提出了较高的要求。
设计过程中需要充分考虑风力发电机组的振动特性,采取相应的措施,如增加桩基或增减幅器等,以减少结构损伤。
冻融荷载也是基础工程设计中需要注意的因素。
寒冷地区的风电场基础需要充分考虑冻融循环对基础的影响,采取隔热保温措施,确保基础的稳定性和耐久性。
风电场接入系统设计需要业主提供的基础数据资料1、风电场所在位置、风电场最终规模、本期规模和投产时间,风电场年发电量,年利用小时数。
河北省风电场必须纳入河北省风电规划才能进行接入系统工作,业主在委托函中需要对风电场的规划情况进行说明。
大唐新能源黄梁风电项目一期工程(48.3 MW)位于河北省丰宁满族自治县窟窿山乡境内,工程占地面积为35平方公里。
丰宁满族自治县,位于河北省北部,属承德地区,县城大阁镇北距内蒙古自治区的多伦县173公里;南至北京180公里;西距张家口市262公里;东至承德市178公里。
窟窿山乡位于丰宁满族自治县县城西北部,属接坝地区,全乡面积268平方公里,全乡辖7个行政村,44个居民组,总人口4034人,1289户,分布于27个自然村。
大唐新能源黄梁风电项目规划总装机容量100 MW,本期建设规模为48.3 MW拟建设23台2.1 MW风力发电机组.采用风力发电机组—变压器的配置形式,经箱式变压器后出口电压为35 KV,经过风电场内110 KV升压站接入电网。
根据风能资源评估以及风电场发电量计算,考虑各种损耗,并结合施工总进度安排,第一年为建设期,第二年及以后年上网电量为1.03亿kW·h。
年利用小时数2131h。
2、和风电场相关的前期工作、前期工程和后继工程等的报告、审查意见和结论,报告中应该具备风电场内部一次系统图,35kV(或10kV)汇集点至风电场升压站的导线型号,导线参数、导线长度等资料。
风电场一次系统图详见可研报告Q2010(08)K-D0103电气主接线图。
集电线路由箱变高压侧用电缆YJV-35 kV-70引出,引至箱变附近的终端22杆,采用架空线路汇集,架空集电线路主线路按经济电流密度选择LGJ-185导线,支线选择LGJ-95导线。
每回35 kV架空集电线路至变电所围墙外终端杆后用电缆YJV-35kV-150引自35 kV配电室。
22电气参数表编号名称型号及规格单位数量备注一、风力发电设备1 美式箱变2300/37 37±2×2.5%/0.69Uk%=6.5台232 集电线路(35 kV)LGJ-95 km 12.5 用于支线LGJ-185 km 18 用于主线3 电缆(1 kV)YJV22-1 kV-3×150 km 5 风机至箱变电缆(35 kV)YJV22-35 kV-3×70 km 1 箱变至终端杆电缆(35 kV)YJV22-35 kV-3×300 km 0.5 终端杆至站内4 电缆接头YJV22-1 kV-3×150 只264 风机至箱变YJV22-35 kV-3×70 只66 箱变至终端杆YJV22-35 kV-3×300 只 6 终端杆至站内5 高压跌落式熔断器PRWG2-35-100/50 只236 35kV氧化锌避雷器Y5W1-51/134 只23二、升压变电设备(一)主变压器部分1 主变压器三相双绕组自冷有载调压SZ10-50000/110115±8×1.25%/37 kVYnd 11,Uk%=10.5外绝缘泄漏比距>3.1 cm/kV附瓦斯、温度继电器等各种本体监测、保护所需要元件台 12 隔离开关单极额定电压:72.5 kV;额定电流:630 A 热稳定电流:31.5 kA/4S电动操作机构:220V AC台 13 氧化锌避雷器Y1.5 W-73/176 W 只 14 电流互感器5P20 只 15 端子箱XW1 台 16 钢芯铝导线LGJ-185/30 m 507 铜排TMY-120×10 m 20 (二)110 kV配电装置户内GIS Un=110 kV,最高工作电压126 kV进出线间隔间隔 2 电压户感器间隔间隔 1(三)35 kV配电装置1 主变压器进线柜KYN 台 1 真空断路器额定电压:40.5 kV;额定电流1250A;额定短路开断电流25 kA台 1 电流互感器1250/1 A,5P20/5P20/0.5/0.2 S 组 12 电缆出线KYN 台 3柜真空断路器额定电压:40.5 kV;额定电流630A ;额定短路开断电流25 kA台 1电流互感器400/1 A,5P20/0.5/0.2 S 只 33 电容器出线柜KYN 台 2SF6断路器额定电压:40.5 kV;额定电流1250A;额定短路开断电流25 kA台 1 电流互感器400/1 A,5P20/0.5 只 34 PT消弧柜JDZX9-40.5 台 11.0/31.0/31.0/3355 所用电KYN 台 1 真空断路器额定电压:40.5 kV;额定电流630 A;额定短路开断电流25 kA台 1 电流互感器75/1 A,0.5/0.2 S 只 36 共箱封闭母线2000 A m/三相10 现场测量7 电力电缆YJV22-35 kV-3×120 m 2008 电缆终端头只 6 (四)无功补偿系统1 成套电力电容器10 Mvar 套 1 干式铁芯电抗器180/35-6%和12%台2 氧化锌避雷器12.7/45 kV,5A 只 6 放电线圈11/√3-1.7-1W 台 62 铝排LMY-60×6 m 243 电力电缆YJV22-35 kV-3c×300 m 1504 电力终端头套 6 (五)所用电系统1 电力变压器400/35 35±2.5%/0.4 台 1 电力变压器400/10 10±2.5%/0.4 台 12 电力电缆YJV22-3×70 m 1503 电缆终端头套 64 站用电屏面75 检修电源箱XW1 台 46 照明配电箱台87 10kV所用电接线柜面 1 (六)电力电缆1 控制电缆阻燃型1kV 各种型号km 162 电力电缆YJV22各种型号km 12三、通信和控制设备(一)监控系统1 35kV线路保护装置测控保护一体套 3 安装在35kV开关柜上2 35kV电容器保护装置测控保护一体套 2 安装在35kV开关柜上3 35kV母线保护套 14 110线路保护套 15 所用变开关柜保护套 16 所用电综合保护套 27 主变压器保护装置微机型套 18 故障录波器套 19 电度表块810 电能表屏面 1(二)计算机监控系统1 所长终端套 1 含主机显示屏2 操作员工作站套 2 含主机显示屏3 工程师工作站套 1 含主机显示屏4 打印机台 25 微机闭锁装置套 16 端子箱个97 电工实验设备套 18 五防系统套 19 GPS时钟同步系统套 110 图像监控系统套 1(三)直流系统1 电池屏220 V,200 Ah,1组,由104个电池组成套 12 直流充电屏高频开关套 13 220V 直流馈电屏面 34 UPS 5kVA 套 1(四)通信系统1 光纤通信2 行政通信3 调度通信4 通信光缆km 34 风机至控制室5 网络接口柜面 16 光端机套 17 通信服务器台 18 标准网络柜面 19 交换机及其附件套 110 数据通信光缆62.5/125 μm km 1111 电话部2012 电话线km 4(五)远动系统1 计算机监控系统套 1 与电气合用2 调度数据网设备套 13 安全防护设备套 14 远动工作站台 2四、接地及其它(一)风力发电机接地1 角钢L50×50×6 L=2500 mm 根660 用于接地极2 热镀锌扁钢-60×6 km 153 降阻剂T 334 降阻模块套132(二)站内接地1 热镀锌扁钢-60×6 km 8 站区防雷接地2 热镀锌钢管Φ50 L=2500 根100 站区防雷接地3 降阻剂T 154 镀锌螺栓M10×30 套12 站区防雷接地5 其他钢材t 20(三)其他1 消防监控系统套 12 电缆支架综合t 63 铜排40 mm×4 mm km 1.44 镀锌钢管φ50 mm,L=2500 mm 根405 灯具各种型号套1006 插座及开关各种型号套607 电缆附件及接头各种型号套508 电缆桥架各种型号t 69 电气防火材料各种型号t 410 试验电源屏面111 风电场维护及巡视通信系统套112 风电场区视频检测系统套13、分本期规模和最终规模,分别给出整个风场典型日出力曲线或数值(按照测风塔数据时间间隔,但是要求至少每15分钟时刻的有功功率出力值,可根据风资源的情况分季节给出),整个风电场年出力曲线或数值(同典型日数据要求,但是此处要求将所有测风的数据均转换为风电场有功功率出力提供)。
第一章风及风能资源一、风的形成及影响因素1.风的产生:是由地球外表大气层由于太阳的辐射而引起的空气流动,大气压差是风产生的根本原因2.特性:周期性、多样性、复杂性3.风的分类:季风、山谷风、海陆风、台风、龙卷风二、风的测量1.风的测量包括风向和风速两种2.风向测量:风向测量是指测量风的来向风向测量装置:1)风向标:是测量风向最通用的装置,有单翼型、双翼型、流线型2)风向杆(安装方位指向正南)、风速仪(可测风向和风速,一般安装在离地面10米的高度)3.风向表示法:风向一般用16个方位表示,静风记为C。
4.风能密度:单位截面积的风所含的能量称为风能密度,常以W/m2表示。
三、风资源分布1.我国风资分布可划分为:风能丰富区、风能较丰富区、风能可利用区、风能贫乏区1)风能丰富区:有效风能密度>200W/m2。
2)风能较丰富区:有效风能密度为150~200W/m2,3~20m/s风速出现的全年累计时间为4000~5000h。
3)风能可利用区:有效风能密度在50~150W/m2之间,3~20m/s风速出现时数约在2000~4000h之间。
4)风能贫乏区:该区风能密度低于50W/m2,全年时间低于2000h第二章风力机的理论基础一、贝兹理论二、翼型的几何参数三、风车理论四、叶素理论气动效率五、葛劳渥漩涡理论六、葛劳渥轴线推力和扭矩计算有限长的叶片,叶片的下游存在尾迹涡,主要有两个漩涡区:一个在轮毂附近,一个在叶尖。
漩涡诱导速度可看成以下三个漩涡系叠加的合速:①中心涡,集中在转轴上②每个叶片的边界涡③每个叶片尖部形成的螺旋涡七、风力机的相似特性相似准则:所谓模型与风力机实物相似是指风轮与空气的能量传递过程以及空气在风轮内向流动过程相似,或者说它们在任一对应点的同名物理量之比保持常数。
流过风力机的气流属于不可压缩流体,理论上应满足几何相似、运动相似和雷诺数相等。
对风力机而言,后一个条件实际做不到,故一般仅以前两个条件作为模型和风力机实物的相似准则,并计及雷诺数。
风电场基础设计一、引言随着可再生能源的发展和对清洁能源的需求日益增加,风电场作为一种重要的能源利用方式,正受到越来越多的关注。
风电场的基础设计是风电项目建设的关键环节之一,对风力发电设备的稳定性和安全性起到决定性作用。
本文将介绍风电场基础设计的一些基本原则和要点。
二、风电场基础设计的类型根据具体风电场的地质条件和风力机组的类型,风电场基础设计可以分为以下几种类型:1. 混凝土基础:混凝土基础是最常见的一种基础形式。
它通常采用混凝土浇筑而成,可以根据具体情况采用带钢筋的桩基或直接浇筑的基础形式。
2. 钢桩基础:钢桩基础适用于地质条件较差的地区,可以提高风力机组的稳定性和抗倾覆能力。
这种基础形式主要采用钢管桩或钢板桩。
3. 环形梁基础:环形梁基础通常用于大型风电场,它能够平稳地分散风力机组的重量,并减小地基的变形。
4. 悬浮基础:悬浮基础是一种较为新颖的基础形式,它能够减小地基的占用面积,提高土地的利用效率。
三、风电场基础设计的要点1. 地质勘察:在进行风电场基础设计前,必须进行详细的地质勘察,了解地质条件、土壤承载力等参数。
这将直接影响到基础设计的合理性和可靠性。
2. 抗倾覆设计:由于风力机组受到风力的作用,容易出现倾覆的情况。
因此,在基础设计中,需要考虑到风电场的地理位置、环境条件以及风力机组的高度和质量等因素,通过合理的抗倾覆设计,保证风力机组的稳定性和安全性。
3. 抗震设计:地震是影响风电场安全性的重要因素之一。
在进行基础设计时,需要参考当地地震烈度数据,合理考虑地震荷载对风电场的影响,并进行相应的抗震设计。
4. 排水设计:排水设计是风电场基础设计的必要内容之一。
根据具体地理环境和地下水位条件,合理设计基础的排水系统,以保证基础的稳定性和耐久性。
5. 考虑今后扩建的可能性:在进行风电场基础设计时,应该考虑到今后可能进行的扩建或升级工程。
因此,基础设计应该具备一定的灵活性和可升级性,以便适应未来风电场的扩大规模。
风电场基础设计风电场基础设计是指为风力发电机组提供可靠支撑和稳定运行的基础结构设计。
它的设计质量和施工质量直接关系到风电场的使用寿命和发电效率。
一、基础设计的重要性风电场基础设计在风力发电项目中占据重要的地位,它的稳定性和可靠性对风力发电机组的正常运行起着至关重要的作用。
一个好的基础设计除了能够确保风电机组的稳定运行外,还能够降低施工成本、延长使用寿命、提高发电效率。
二、基础设计的要求1. 地质勘察:在进行基础设计前,必须进行详细的地质勘察,了解场地的地质情况,包括地层的稳定性、地下水位、土壤承载力等参数。
只有充分了解了地质情况,才能进行合理的基础设计。
2. 基础类型:根据地质情况和设备要求,选择合适的基础类型。
常见的基础类型有浅基础、挖孔桩基础、沉井基础等。
3. 基础尺寸:基础设计中,根据风电机组的重量和风场的风速等因素,确定合适的基础尺寸。
基础的尺寸要足够大,以确保机组的稳定性。
4. 抗风能力:风电场基础设计必须考虑到强风的影响,确保基础结构能够承受风场中的风载荷。
通常会采用风荷载计算和结构分析,确保基础的抗风能力。
5. 降低振动:风力发电机组在运行时会产生振动,需要在基础设计中考虑到降低振动的要求,以减少对基础结构的影响。
通常采用防振措施,如增加防振材料、合理布置防振器等。
三、基础设计的步骤1. 场地勘察与分析:首先进行地质勘察,详细了解场地的地质情况和地下水位等参数。
然后根据勘察结果进行地质分析,确定场地的稳定性和适用的基础类型。
2. 参考标准与规范:根据国家相关标准和规范,确定基础设计的要求和指标。
比如《风电场基础设计规范》等。
3. 设计参数确定:根据风力发电机组的重量、风场的风速等参数,对基础尺寸和抗风能力等进行合理的设计和确定。
4. 结构设计与分析:进行结构设计和分析,计算基础的受力情况,验证设计方案的可行性,并进行优化。
5. 基础施工控制:在施工过程中,要对基础的施工进行控制,确保施工质量满足设计要求。
风电场基础设计与施工技术风电场基础是风力发电系统中最为重要的组成部分之一。
它不仅需要具备承载风力机组重量、保证风机运行稳定性的功能,同时还要能够有效分散风机的振动,降低对环境的影响。
本文将针对风电场基础的设计和施工技术进行详细的论述。
一、基础设计1. 地质勘探与选择在选择风电场的建设地点之前,必须进行详细的地质勘探工作。
通过地质勘探,可以了解到地下构造、岩石层等情况,以便选定适合建设风电场的地点。
一般而言,地下岩石层应具备足够的强度和稳定性,以确保基础的安全。
2. 基础类型选择基础类型选择是风电场基础设计的重要环节。
常见的基础类型包括浅基础、深基础和特殊基础等。
具体选择哪种基础类型需要根据具体地质条件、土壤承载力和风电机组的重量等因素来决定。
3. 基础尺寸设计基础尺寸设计是根据风机机组的规格及其所需的强度来确定基础的尺寸。
基础尺寸应充分考虑风力机组的倾覆和抗倾覆稳定性,以确保风机在强风等恶劣天气条件下的安全运行。
二、基础施工技术1. 地面平整化在风电场基础施工之前,必须进行地面平整化工作,以保证基础的稳定性。
地面平整化工作主要包括清理杂物、填补坑洼和夯实土壤等。
2. 基础浇筑基础浇筑是基础施工的核心环节。
在浇筑基础之前,需要根据设计要求搭建好模板,并确保模板的平整度和牢固性。
浇筑混凝土时,应注意控制浇筑速度和浇注高度,以免产生气泡和缺陷。
3. 基础固化与养护基础浇筑完成后,需要进行固化和养护工作。
养护期间,应保持基础表面湿润以促进混凝土的强度发展。
在固化期满后,可以进行下一步的工程施工。
三、基础设计与施工中的常见问题及解决方法1. 基础设计中的承载力不足问题在进行基础设计的过程中,有时可能会出现承载力不足的情况。
解决该问题的方法主要包括增加基础的尺寸或采用更为坚固的基础类型。
同时,在选址时也应充分考虑土壤的承载能力。
2. 施工中的混凝土浇筑质量问题混凝土浇筑质量是保证基础稳定性的关键。
为了防止混凝土掺杂杂质,可以采取筛选和洁净化措施。
风电场基础知识
一、风力发电的基本原理
并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转化成机械能,再将机械能转化为电能,输送到电网中。
对并网型风力发电机组的基本要求:在当地风况、气候和电网条件下能够长期安全运行,取得最大的年发电量和最低的发电成本。
二、风电场的组成
1. 升压站部分
升压站的作用是把低电压等级电压转化成高电压等级电压,降低电能损耗,从而经济、稳定的完成电能的输送。
升压站电压等级:
10KV 35KV 110KV 220KV 500KV 750KV 1000KV
升压站一次系统的组成:
①主变压器
主变压器原理:利用电磁感应原理,把一个电压等级转化成另一等级。
变压器的分类:按冷却方式分类:干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。
按电源相数分类:单相变压器、三相变压器、多相变压器。
②无功补偿部分
无功补偿作用:当电网中电压不稳定或电压降低时,通过补偿无功以保证电网的稳定、可靠. 电容器分类:全补偿式电容器、SVC自动无功补偿
③风机进线部分
④站用电部分
2. 风机部分
风机的组成: 叶轮(叶片+轮毂)、机舱、塔筒、基础(如下图)①叶轮
叶轮由叶片和轮毂组成.
叶片:主要材料有玻璃纤维增强塑料(GRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)、木材、钢和铝等复合材料组成。
叶片的刚度、固有特性和经济性是主要的,所以对材料的的选用很重要。
风电场基础知识一、引言随着对可再生能源的需求不断增长,风能作为一种清洁、可再生的能源形式,受到了越来越多的关注。
而风电场作为利用风能发电的重要设施,也成为了人们关注的焦点。
本文将介绍风电场的基础知识,包括风能的产生、风电机组的构成和工作原理等内容。
二、风能的产生风能是由太阳能引起的,当太阳辐射地球表面时,地表吸收的能量会使空气受热膨胀,形成气流。
气流在地球表面上的山脉、海洋和湖泊等地形的影响下,产生了不同的风。
而这些风可以被利用来驱动风力发电机,通过转动发电机发电。
三、风电机组的构成风电机组主要由风力发电机、塔筒和控制系统组成。
1. 风力发电机风力发电机是风电场的核心设备,它将风能转化为电能。
风力发电机主要由风轮、发电机和传动系统组成。
风轮是通过叶片捕捉风能,转动发电机产生电能。
发电机则将机械能转化为电能。
传动系统则起到将风轮的转速变换为发电机所需转速的作用。
2. 塔筒塔筒是风力发电机的支撑结构,它将风力发电机安装在一定的高度上,以便获取更高的风能。
塔筒一般由钢铁或混凝土材料构成,具有足够的强度和稳定性。
3. 控制系统控制系统是风电机组的核心控制设备,主要负责监测和控制风电机组的运行状态。
控制系统可以根据风速的变化调整风轮的转速,以保证风力发电机的稳定运行。
同时,控制系统还可以监测风电机组的各项指标,并在出现故障时及时报警。
四、风电机组的工作原理风电机组的工作原理可以简单概括为:风能转化为机械能,再由机械能转化为电能。
当风经过风轮时,风轮的叶片会受到风的作用力而转动。
转动的风轮将机械能传递给发电机,发电机将机械能转化为电能。
电能通过电缆输送到变电站,经过变压器升压后,最终被送入电网供应给用户使用。
风电机组的输出电能受到多种因素的影响,包括风速、风轮的尺寸和形状、发电机的效率等。
一般来说,风速越高,风电机组的发电效果越好。
五、风电场的规划与建设风电场的规划与建设是一个复杂的过程,需要考虑多个因素。
风电场设计1. 纬度产生的影其中及建地理风力基风电场的风能的利用度之间的温度生的偏向力也影响,时空分中空气密度、宏观选址是建设地点,可理条件等多种在本设计中力资源丰富、美国 30m、基于美一作:二作:的选址用形式主要是度差异可形成也是产生风能分布较为复杂气体速度随是在一个较大可以作为可行种因素进行综中,首先在 N 适合建立风50m、80m、美国洛杉王一珺研:秦晓研是将大气运动成南北之间的气能的主要原因杂。
风能的大随地理位置、海大的地区内选行性研究的微综合分析,使风 网站风电场的地方、100m 处平图图 1.1 美国杉矶的研电 1603 研电 1610 学时所具有的动气压梯度,使。
除以上两方小与气流密度海拔、地形等择风能利用效观选址依据风电场发电量站上找出美国。
平均风速分布国国 30m 处平均的风电场学号 11622学号11622动能转化为其使空气作水平方面外,风能度通过的面积等因素变化。
效率较高的小。
微观选址需量最大化。
国在不同高度布图如下所示均风速分布图场设计201023 013321/ 16其他的能源形平运动而形成能在很大程度积及气流速度。
小区域,确定需要对风力资度处的大致风:图计形式。
高纬度成风。
地球自度上受海洋、度的立方成正定项目的拟建资源、用户需风速示意图,与低转所地形正比,建规模需求、找出图图 1.2 美国图美国图 1.3 美国国国 50m 处平均国国 80m 处平均均风速分布图均风速分布图图图选择速见根据以上不择位于加利福80m 高处年见附表。
在不同年份不同高度处的福尼亚州的洛年平均风速、份所测点风向图图 1.4 美国风速图可知洛杉矶,其 50图图 1.5 美国风功率密度、风能频率100m 处平均,在美国中心0m 处的具体国国 50m 处具体度分别为 9.2m图(风能玫瑰均风速分布图心腹地及西南体风速大小如体风速分布图m/s 及 697W/瑰图)如下图图南方较适宜建图所示。
图 /㎡,其余不图所示。
风电场基础知识风电场建设项目,其实施是一个较复杂的综合过程。
风电场的规划设计,属风电场建设项目的前期工作,需要综合考虑许多方面,包括风能资源的评估、风电场的选址、风力发电机组机型选择和设计参数、装机容量的确定、风电场风力发电机组微观选址、风电场联网方式选择、机组控制方式、土建及电气设备选择及方案确定、后期扩建可能性、经济效益分析等因素。
其中,对风能资源进行精确的评估,则直接关系到风电场效益,是风电场建设成功与否的关键。
以下对风能资源评估、风电场选址和风资源分析与发电量计算软件介绍如下。
一风能资源的评估风况是影响风力发电经济性的一个重要因素。
风能资源的评估是建设风电场成败的关键所在。
随着风力发电技术的不断完善,根据国内外大型风电场的开发建设经验,为保证风力发电机组高效率稳定地运行,达到预期目的,风电场场址必须具备有较丰富的风能资源。
1 风能资源评估步骤对某一地区进行风能资源评估,为风电场建设项目前期所必须进行的重要工作。
风能资源评估分如下几个阶段:1) 资料收集、整理分析从地方各级气象台、站及有关部门收集有关气象、地理及地质数据资料,对其进行分析和归类,从中筛选出具代表性的完整的数据资料。
能反映某地风气候的多年(10年以上,最好30 年以上)平均值和极值,如平均风速和极端风速,平均和极端(最低和最高)气温,平均气压,雷暴日数以及地形地貌等。
2) 风能资源普查分区对收集到的资料进行进一步分析,按标准划分风能区域及其风功率密度等级,初步确定风能可利用区。
3) 风电场宏观选址风电场宏观选址遵循的原则一般是,应根据风能资源调查与分区的结果,选择最有利的场址,以求增大风力发电机组的出力,提高供电的经济性、稳定性和可靠性;最大限度地减少各种因素对风能利用、风力发电机组使用寿命和安全的影响;全方位考虑场址所在地对电力的需求及交通、电网、土地使用、环境等因素。
根据风能资源普查结果,初步确定几个风能可利用区,分别对其风能资源进行进分析、对地形地貌、地质、交通、电网及其他外部条件进行评价,并对各风能可利用区进行相关比较,从而选出并确定最合适的风电场场址。
这一般通过利用收集到的该区气象台、站的测风数据和地理地质资料并对其分析、到现场询问当地居民、考察地形地貌特征如长期受风吹而变形的植物、风蚀地貌等手段来进行定性,从而确定风电场场址。
4) 风电场风况观测一般,气象台、站提供的数据只是反映较大区域内的风气候,而且,数据由于仪器本身精度等问题,不能完全满足风电场精确选址及风力发电机组微观选址的要求。
因此,为正确评价已确定风电场的风能资源情况,取得具有代表性的风速风向资料,了解不同高度处风速风向变化特点,以及地形地貌对风的影响,有必要对现场进行实地测风,为风电场的选址及风力发电机组微观选址提供最准确有效的数据。
现场测风应连续进行,时间至少1年以上,有效数据不得少于90%。
内容包括风速、风向的统计值和温度、气压。
这通过在场区设立单个或多个测风塔进行。
塔的数量依地形和项目的规模而定。
5) 测风塔安装为进行精确的风力发电机组微观选址,现场所安装测风塔的数量一般不能少于2座。
若条件许可,对于地形相对复杂的地区应增至4~8座。
测风塔应尽量设立在最能代表并反映风电场风能资源的位置。
测风应在空旷地进行,尽量远离高大树木和建筑物。
在选择位置时应充分考虑地形和障碍物影响。
如果测风塔必须位于障碍物附近,则在盛行风向的下风向与障碍物的水平距离不应少于该障碍物高度的10倍处安置;如果测风塔必须设立在树木密集的地方,则至少应高出树木顶端10m。
为确定风速随高度的变化(风剪切效应),得到不同高度风速可靠的风速值,一座测风塔上应安装多层测风仪。
一般测风塔上测风仪数量可根据上述目的及地形确定。
气压和温度,每个风电场场址只需安装一套气压传感器和温度传感器,其塔上安装高度为2~3m(目前多为10m)。
测风设备的安装和管理应严格按气象测量标准进行。
测量内容为风速、风向、气压、温度。
测风塔可以是固定的,也可以是移动的,测风仪应安装在10m 和大约风力发电机组轮毂高度处;若测风的目的是要对风电场进行长期风况测量及对风电场风力发电机组进行产量测算,则应采用设立多层测风塔长期测量有关数据,测风仪应安装在10m、30m、50m、70m 高度甚至更高。
6) 风电场风力发电机组微观选址场址选定后,根据地形地质情况、外部因素和现场实测风能资源分析结果,在场区内对风力发电机组进行定位排布。
2 风能资源评估参数建设风电场,选定合适的场址是至关重要的。
场址选择的正确与否将直接关系到许多方面的因素,近则运输、施工、安装及环境等方面,远则将来的风力发电机组出力及产量至风电场效益。
而这当中,风力发电机组发电量又是决定风电场效益好坏的最直接的决定因素。
而要确定正确的风电场址,首先,进行精确的风能资源评估分析是非常关键的。
只有对风能资源进行详细细致的考察评估并对其进行处理计算,才能了解当地的风势风况。
风能资源分析评估是设计选择建设风电场首要的条件。
以下为在进行风能资源评估及风电场选址时,所要考虑的几个主要指标及因素:1)平均风速平均风速是最能反映当地风能资源情况的重要参数。
分月平均风速和年平均风速。
由于风的随机性,计算时一般按年平均来进行计算。
年平均风速是全年瞬时风速的平均值。
年平均风速越高,则该地区风能资源越好,安装风力发电机组的单机容量也可相应提高,风力发电机组出力也好。
一般来说,只有年平均风速大于6m/s(合4级风)的地区才适合建设风电场。
风能资源的统计分析及年平均风速的计算要依据该地区多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行(气象资料数据要统计30年以上的数据,至少10年的每小时或每10min 风速数据表,采样间隔为1s;现场测风设备的实际测量数据统计方式要与气象站提供数据相一致,统计时间为至少1年)。
2)风功率密度由风能公式可知,风功率密度只和空气密度和风速有关,对于特定地点,当空气密度视为常量时,风功率密度只由风速决定。
由于风速具有随机性,其每时每刻都在变化,故不能使用某个瞬时风速值来计算风功率密度,只有使用长期风速观测资料才能反映其规律。
风功率密度越高,则该地区风能资源越好,风能利用率也高。
风功率密度的计算可依据该地区多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行;也可利用WAsP软件对风速风向数据进行精确的分析处理后计算。
3)主要风向分布风向及其变化范围决定风力发电机组在风电场中的确切的排列方式,风力发电机组的排列方式很大程度地决定各台风力发电机组的出力,从而决定风电场的发电效率,因此,主要盛行风向及其变化范围要精确。
同平均风速一样,风向的统计分析也要依据多年的气象站数据和当地测风设备的实际测量数据进行。
利用WAsP软件可对风向及其变化范围进行精确的计算确定。
4)年风能可利用时间年风能可利用时间是指一年中风力发电机组在有效风速范围(一般取3~25m/s内的运行时间。
一般年风能可利用小时数大于200h的地区为风能可利用区。
二风电场选址风电场选址分为宏观选址和微观选址两个阶段。
风电场宏观选址过程是从一个较大的地区,对气象条件等多方面进行综合考察后,选择一个风能资源丰富、而且最有利用价值的小区域的过程。
微观选址是在宏观选址中选定的小区域中确定如何布置风力发电机组,使整个风电场具有较好的经济效益。
一般,风电场选址研究需要两年时间,其中现场测风应有至少一年以上的数据。
国内外的经验教训表明,由于风电场选址的失误造成发电量损失和增加维修费用将远远大于对场址进行详细调查的费用。
因此,风电场选址对于风电场的建设是至关重要的。
1 宏观选址条件1) 场址选在风能质量好的地区a)年平均风速较高;b)风功率密度大;c)风频分布好;d)可利用小时数高。
2) 风向基本稳定(即主要有一个或两个盛行主风向)所谓盛行主风向是指出现频率最多的风向。
一般来说,根据气候和地理特征,某一地区基本上只有一个或两个盛行主风向且几乎方向相反,这种风向对风力发电机组排布非常有利,考虑因素较少,排布也相对简单。
但是,也有这种情况,就是虽然风况较好,但没有固定的盛行风向,这对风力发电机组排布尤其是在风力发电机组数量较多时带来不便,这时,就要进行各方面综合考虑来确定最佳排布方案。
3) 风速变化小风电场选址时尽量不要有较大的风速日变化和季节变化。
4) 风力发电机组高度范围内风垂直切变要小风力发电机组选址时要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线,当风垂直切变非常大时,对风力发电机组运行十分不利。
5) 湍流强度小由于风是随机的,加之场地表面粗糙的地面和附近障碍物的影响,由此产生的无规则的湍流会给风力发电机组及其出力带来无法预计的危害:减小了可利用的风能;使风力发电机组产生振动;叶片受力不均衡,引起部件机械磨损,从而缩短了风力发电机组的寿命,严重时使叶片及部分部件受到不应有的毁坏等等。
因此,在选址时,要尽量使风力发电机组避开粗糙的地表面或高大的建筑障碍物。
若条件允许,风力发电机组的轮毂高度应高出附近障碍物至少8~10m,距障碍物的距离应为5~8倍障碍物高度。
6) 尽量避开灾害性天气频繁出现地区灾害性天气包括强风暴(如强台风、龙卷风等)、雷电、沙暴、覆冰、盐雾等,对风力发电机组具有破坏性。
频繁出现上述灾害性气候地区应尽量不要安装风力发电机组。
但是,在选址时,有时不可避免地要将风力发电机组安装在这些地区,此时,在进行风力发电机组设计时就应将这些因素考虑进去,要对历年来出现的冰冻、沙暴情况及其出现的频度进行统计分析,并在风力发电机组设计时采取相应措施。
7)尽可能靠近电网要考虑电网现有容量、结构及其可容纳的最大容量,以及风电场的上网规模与电网是否匹配的问题;风电场应尽可能靠近电网,从而减少电损和电缆铺设成本。
8)交通方便要考虑所选定风电场交通运输情况,设备供应运输是否便利,运输路段及桥梁的承载力是否适合风力发电机组运输车辆等。
风电场的交通方便与否,将影响风电场建设。
如设备运输、装备、备件运送等。
9)对环境的不利影响最小通常,风电场对动物特别是对飞禽及鸟类有伤害,对草原和树林也有些损害。
为了保护生态,在选址时应尽量避开鸟类飞行路线,候鸟及动物停留地带及动物筑巢区,尽量减少占用植被面积。
10) 地形情况地形因素要考虑风电场址区域的复杂程度。
如多山丘区、密集树林区、开阔平原地、水域或兼有等。
地形单一,则对风的干扰低,风力发电机组无干扰地运行在最佳状态;反之,地形复杂多变,产生扰流现象严重,对风力发电机组出力不利。
验证地形对风电场风力发电机组出力产生影响的程度,通过考虑场区方圆50km(对非常复杂地区)以内地形粗糙度及其变化次数、障碍物如房屋树林等的高度、数字化山形图等数据,还有其他如上所述的风速风向统计数据等,利用WAsP软件的强大功能进行分析处理。