風電項目后評估中的風資源和風機發(fā)電性能分析

【摘要】本文主要從風資源分析和風電機組發(fā)電性能入手對滄州市某目標風電場開展后評估研究。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了風電場設計和技術改造后出現(xiàn)的一些問題，體現(xiàn)出風電項目規(guī)劃設計與實際運行之間的差異，為風電場后期運維和未來風電場規(guī)劃設計提出建議?！娟P鍵詞】風電項目后評估風資源發(fā)電性能1引言通過國家能源局發(fā)布的2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年風電裝機2.8153億千瓦，同比增長34.6%?？梢灶A見，中國未來幾年的風電裝機容量將持續(xù)穩(wěn)定增長。但風電項目的實際運行效果卻與風電行業(yè)的快速發(fā)展形成了極不和諧的局面。從風電場商業(yè)化投資的角度來看，并非有了成功的選址和成功的設計就一定可以實現(xiàn)預期的收益。風電項目實際運行效果往往低于設計的指標，產(chǎn)生這一情況的原因與多種因素有關，包括風資源、設備選型、風電場運營、運行維護，這些環(huán)節(jié)都可能影響到風電場的實際發(fā)電量和發(fā)電成本。項目后評估即通過對風電項目的后期綜合運營、效益情況及風機運維等進行調(diào)查研究和數(shù)據(jù)分析，然后與項目決策時的目標，以及環(huán)境、技術和經(jīng)濟等指標進行對比，找出前后差別、分析原因、總結經(jīng)驗以及提出建議的一系列評估活動。后評估工作通過信息反饋，改善了投資決策和管理，并可為科學制定考核指標提供參考依據(jù)，以達到提高風電項目投資效益的目的。目前國內(nèi)風電項目后評估的相關研究還嚴重滯后，如何對風電項目建成或改造后的運行效果進行系統(tǒng)評估是研究的熱點內(nèi)容。本文通過對滄州市某風電場風資源和風機發(fā)電性能分析開展后評估研究。2項目概況目標風電場位于河北省滄州市，風電場所在地址平坦開闊，海拔高度在2.4m-5.8m，場區(qū)內(nèi)主要以鹽場鹽池和堆鹽場，植被稀少。目標風電場由33臺某品牌1.5MW機組組成，總裝機容量為49.5MW，輪轂中心標稱高度為61.5m，實際高度為60.4m，于2008年4月開始并網(wǎng)發(fā)電。目標風電場由于區(qū)域地質(zhì)條件較差，自然道路無法滿足運輸?shù)囊?，為充分利用已有道路，減少投資，目標風電場機組主要沿公路分布，如圖1所示。圖1：風電場機位分布為保持數(shù)據(jù)一致性，本次后評估主要針對其中22臺已完成主控改造后的風機，評估周期為2019年6月1日至2020年5月31日的一個完整年。評估內(nèi)容包括風資源后評估、風機性能評估，以便對后期技改、運維等提供建議。3風資源后評估本次評估主要利用激光雷達對測風塔數(shù)據(jù)進行評估，包括風速，風向，濕度，大氣壓等數(shù)據(jù)。激光雷達具體的安裝位置如圖2，#006激光雷達位于#1006測風塔的北偏東11.7°，直線距離49米處。圖2：激光雷達布設位置#1006測風塔與#006雷達實測平均風速見表1。表1：#1006測風塔與#006雷達實測平均風速匯總（2）#1006測風塔與#006雷達實測80、70、50米高度風速相關性見圖3。圖3：#1006測風塔與#006雷達實測80、70、50米高度風速相關性（3）#1006測風塔與#006雷達風向和風頻分布比較，如圖4。圖4：#006雷達(左)和#1006測風塔（右）80米風玫瑰圖和風頻分布（4）#1006測風塔與#006溫度和大氣壓比較，如圖5和圖6所示。圖5：#1006測風塔與#006溫度圖6：#1006測風塔與#006大氣壓測風時段內(nèi)，大部分數(shù)據(jù)的風向在有效扇區(qū)內(nèi)。50米、70米、80米的風速比較來看，#1006和#006的風速數(shù)據(jù)存在非常好的一致性。#1006的風速數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)評估分析。但#1006測風塔80米、50米處的風向數(shù)據(jù)均存在問題，不能使用。需要后續(xù)更換或校正#1006風向測量儀。#1006和#006的溫度和氣壓數(shù)據(jù)由于存在5米左右的高度差以及儀器的精度影響，均存在一定的偏差，但整體趨勢一致，因此#1006的溫度和氣壓數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)評估。4基于SCADA數(shù)據(jù)的風機性能分析4.1數(shù)據(jù)質(zhì)量和發(fā)電量分析對22臺經(jīng)過主控改造的風機的1sec/30sec/10min三種不同采樣頻率數(shù)據(jù)進行采樣，數(shù)據(jù)覆蓋率均值分別為75.01%、99.32%、79.54%，見表2。表2：1sec/30sec/10min數(shù)據(jù)采樣和覆蓋率可以發(fā)現(xiàn)，30sec數(shù)據(jù)完整性明顯優(yōu)于1sec和10min數(shù)據(jù)，因此計劃從風機30sec數(shù)據(jù)中提取出10min數(shù)據(jù)用于后續(xù)評估分析。經(jīng)計算，提取的10min數(shù)據(jù)覆蓋率達到97.66%，符合要求。評估期間，機組的發(fā)電量和平均風速，如圖7所示。經(jīng)計算，滿發(fā)小時數(shù)最高機組為滿發(fā)小時數(shù)為1702h，最低機組為836h，兩者相差達103.6%。圖7：風機滿發(fā)小時數(shù)和平均風速4.2風電機組可利用率分析（1）基于時間的可利用率(TBA）以風機是否處于發(fā)電或者等待發(fā)電為基準的時間可利用率TBA1，與風機發(fā)電量有較強的相關性：以風機有無故障為基準的時間可利用率TBA2，與風機穩(wěn)定性相關：經(jīng)計算，時間可利用率TBA1最高為96.9%，最低為53.4%；時間可利用率TBA2最高為99.4%，最低為62.3%。（2）基于發(fā)電量的可利用率（PBA）PBA是指一定考核時間內(nèi)風機組實際發(fā)電量占應發(fā)發(fā)電量的百分比。其計算方法如下：圖8：機組PBAPBA最高風機機組為94.2%，最低機組為42.7%。可利用率的巨大差異顯示出風電機組在評估期間的故障水平差異，這反映出低可利用率機組在備件供應及時性、環(huán)境和電網(wǎng)滿足機組運行程度、人員檢修能力、風場監(jiān)控力度的不足。05風機發(fā)電功率曲線分析5.1功率曲線統(tǒng)計方法功率曲線統(tǒng)計方法參考了相關IEC(61400-12-1IEC:2005(E))及GB(GB/T18451.2-2003)標準。功率曲線對10分鐘統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用IEC61400-12所規(guī)定的bin方法，把運行風速按0.5m/s劃分成若干bin區(qū)間，對每個bin區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)以下公式統(tǒng)計:Vi:第i個統(tǒng)計區(qū)間的平均風速Pi:第i個統(tǒng)計區(qū)間的平均功率Vi,j:校正后第i個統(tǒng)計區(qū)間的第j個風速Pi,j:校正后第i個統(tǒng)計區(qū)間的第j個功率Ni:第i個統(tǒng)計區(qū)間的數(shù)據(jù)點計數(shù)5.2基于空氣密度的風速修正根據(jù)空氣密度對功率曲線進行修正，補償由于不同空氣密度對功率曲線的影響。首先根據(jù)當前氣壓與溫度推導空氣密度。功率曲線采用折算后風速數(shù)據(jù)，可按以下公式進行折算：

V:校正風速V10min:SCADA10min平均風速，測量值ρ10min:10分鐘內(nèi)平均密度，計算值ρ0:標準空氣密度(1.225kg/m3)由于目標風場FD77C機型的機艙風速儀高度在64m左右，利用激光雷達65m處的風速進行一次函數(shù)和二次函數(shù)進行擬合，如圖9所示。圖9：機艙風速校正高風速段二次函數(shù)擬合明顯優(yōu)于一次函數(shù)，本文中利用二次函數(shù)對SCADA風速進行校正。校正后，評估期間的平均風速為6.43m/s，風場整體功率曲線如圖10所示?？梢钥闯觯繕孙L場整場功率曲線表現(xiàn)欠佳，有很大的改善空間。圖10：全場功率曲線6結語本文從風資源、風機性能和功率曲線一致性等幾個方面入手對滄州市某目標風電場開展后評估研究，結果表明改造后的風機等效發(fā)電小時數(shù)與風機理論發(fā)電小時數(shù)依然存在較大差距，風機功率曲線還有較大改善空間。從中可以得到一些啟發(fā)：（1）風資源是動態(tài)變化的，在對項目風資源評估時應盡量采集較長時間（一年以上）的測風數(shù)據(jù)來保證數(shù)據(jù)的可用性和客觀性，并利用測風雷達采集實時數(shù)據(jù)進行對照，保證