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高塔架风电机组技术调研报告出炉(中国风电技术创新系列报告之一)

北极星风力发电网  来源:中国风能协会    2018/1/4 9:21:13  我要投稿  

北极星风力发电网讯

一、调研背景

国家能源局的数据显示,2017年1-10月,全国新增风电并网容量1055万千瓦。从区域分布来看,新增超过50万千瓦的省份包括河北(61)、山西(73)、山东(148)、江苏(74)、江西(52)、河南(72)、山西(61)、青海(109)、云南(52)。

随着对中东部低风速区域风资源特性的认知层层深入,以及风能资源评估技术的飞速发展,全国风资源可开发利用潜力不断升级。权威数据显示,低风速风力发电机组技术发展开拓了巨大的风电开发空间,增加可开发面积61万平方米,约7亿千瓦容量。我国中东南部19个省(区、市)风能资源开发量由原来的3亿千瓦增至10亿千瓦。

图1 19省(区、市)新增低风速区风能资源潜力图

(数据来源:国家气候中心)

然而低风速开发并非一路坦途。风速不断下探、可开发资源有限、土地环保压力大、建设周期长、居民区距离限制等现实情况,要求低风速风电场开发更加精细化和定制化。如何保证低风速地区风电开发的收益,成为行业可持续发展的关键挑战。

从风资源角度来说,风速在空中水平和(或)垂直距离上会发生变化,这种现象在大气学中称为风切变。在风电行业,风切变通常用于表征风速在垂直方向的变化速率。图2给出了100m高度处风速为5.0m/s时,不同高度在不同风切变下的风速变化情况。可以看到,高切变下,高度增加会显著提升风速。

图2 不同高度在不同风切变下的风速变化图

以0.3的风切变为例,塔架高度从100m增加到140m,年平均风速将从5.0m/s增加到5.53m/s,某131-2.2机组的年等效满发小时数可从1991h增加到2396h,提升了20.34%。表1给出了该机组在不同风切变、不同塔架高度下的发电量增量。数据显示,风切变越大、塔架高度越高,发电量增量越大。

表1 某131-2.2机组在不同风切变

 

产生风切变的原因主要有两大类,一类是大气运动本身的变化;另一类则是地理、环境因素。一般来说,山区风切变低;平原风切变相对较高,尤其在晚上。太阳落山后,地表迅速冷却,近地层大气呈现出上暖下冷的稳定态势。同时气流主要是水平运动,因此会出现上层风速大,下层风速小的现象。在山区,由于山体阻挡了气流运动,本来平稳的气流被扰动,上下层间的风速差距缩小。因此,高切变一般出现在平原地区,例如中东部平原、东北平原等。

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