风电机组优化设计与风电场优化配置-第3页-北极星风力发电网

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4. 风电场系统优化配置

由于同一风电场各台风机同时满发时间十分有限，所以风电场配套电力设施绝大部分时间处于非满负荷运行状态。为实现风电场风机与电力设施的科学配置，必须打破将核准容量与选定机型的额定功率简单相除、以确定装机数量的僵化思维，在风机发电能力优化设计的基础上，以预期最低度电成本为优化目标，以单机容量和装机数量为变量，建立风电场系统优化配置模型：

式中，U——风电场度电成本函数

x——单机容量

y——装机数量

W1——风电场建设成本函数

W2——风电场运行维护成本函数

E——风电场预期发电量函数

以核准容量5万kW陆上风电场、单机容量1.5MW机型为例，在保证风场最大输出功率5万kW的前提下，装机数量可多于33台，以实现增加发电收益、降低度电成本的目的。当风速接近或超过风机额定风速时，可限制单机输出功率或将部分风机停机，使风电场输出功率限制在5万kW;当风速小于额定风速时，通过中央监控室调度各台风机运行，使风电场最大限度发挥其发电能力，提高发电收益。由于风电场配套电力设施全部按照5万kW容量设计，上述两种工况下电力设施都满足风电场运行要求，且大幅提高了其使用效率;特别指出，以Ⅲ类风电场为例，超过90%的时间都运行在第二种非满发工况。

相比陆上风电场，由于海上风电场的电力安装、电缆敷设等项成本增加迅猛(如图1-2所示)，而相同功率的海上风机与陆上风机成本接近、在总建设成本中的占比大幅降低，因此，海上风电场增加风机数量可以在增加建设投入比例较小的前提下，取得更大的投资收益效率。分别将陆上和海上某1.5MW机型功率曲线、某Ⅲ类风场风频曲线、建设运维成本等参数代入式(1)模型，可得如图3和图4所示陆上和海上5万kW风电场预期度电成本与装机数量关系曲线。由图可知，对于核准容量的风电场，适量增加装机数量，可使风电场在低风速时段的发电出力大幅增加;优化配置后，虽然增加风机数量需要增大相应采购、吊装、运维等项投入，但风场20年预期发电收益增加约8000万～12800万元，完全抵扣上述建设成本增加值，风电场升压站等配套电力设施的使用效率也大大提高，最终度电成本比传统33台配置方式降低了约3～5%，海上风电度电成本降幅尤其明显，从而实现风电场开发的最佳投资收益。

图3 陆上5万kW风电场预期度电成本与装机数量关系曲线

图4 海上5万kW风电场预期度电成本与装机数量关系曲线

5.小结

针对当前风电机组设计与风电场开发建设过程中将风场等级与风轮直径、核准容量与装机数量简单对应的两大误区，本文提出了面向发电能力最优、优化并统一各风场等级风轮直径的风机设计理念，建立了基于最优度电成本的风电场装机配置模型，可实现风电场最佳投资收益，对于系统、科学、高效地开发我国风电资源具有重要的指导意义。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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