浅谈影响风力发电机组电量的因素

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摘要：：风力发电作为改善能源结构、经济环保的绿色能源必将成为未来电力能源发展的一个趋势，风力发电技术也日新月异。但风力发电机组在工作时受到环境、本身结构等因素影响,机组电量将受到影响。文章就影响风力发电机组电量的因素进行探讨。

关键词：风力发电电量 因素

Abstract:: wind power as to improve the energy structure, economy and environmental protection of green energy will become the future of the electric energy to the development of a trend, wind power technology also change rapidly. But the wind turbine at work by the environment, structure and other factors, unit consumption will be affected. The effect of wind power generator unit power factor to carry on the discussion.

Key words: wind power generation power factor

中图分类号： TM315 文献标识码： A 文章编号：

世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战。国家“十二五规划”明确提出了节能减排的目标，尽可能以高效和可持续的方式使用能源成为了当务之急。近年，我国新能源产业蓬勃发展，风力发电技术日新月异。先进风力发电机组推陈出新，不同风场的风力发电机组电量也最大限度地追求最大化，影响机组电量的因素成为投资商关注的焦点。

影响风力发电机组电量的因素主要有内部因素和外部因素。内部因素有风机特性和故障率。外部因素主要有风电场特性、环境因素和人的因素。

影响电量的内部因素

1.功率曲线

风力发电机组在设计、试验和制造过程中，机组的功率曲线就随之固定下来，不同机组生产商、不同机型的功率曲线特性均不相同。功率曲线是一个非常重要的指标，风力发电机组生产商在向用户提供设备时，均提交机组的标准功率曲线。因风电场环境因素的差异，机组在运行中的实际功率曲线与标准功率曲线之间存在差异，实际功率曲线高于标准功率曲线时，风力发电机组处于过负荷状态，根据过负荷的程度，对风力发电机组可能造成不不同的损害。实际功率曲线低于标准功率曲线，又使风力发电机组处于欠负荷状态，机组的效率得不到充分利用，投资者投入和产出达不到理想效果。

影响机组功率曲线的主要因素有机组本身、气压、温度及叶片污染程度等因素；自身因素是影响功率曲线的决定因素，主要受机组设计、叶片材料、叶片制造工艺等方面的影响。功率曲线是影响机组发电量的内部最大因素，风电场风机功率曲线与风电场风资源匹配程度决定着已探明风资源风电场的发电量。

2. 设计制造

风力发电机组采用不同技术设计对机组发电量影响巨大，欧、美风机不同设计技术及国内自主产权不同风机设计技术制造的风机在同一风电场中电量差别也较大。在满足风电场机型安全性校验的前提下，选用材质轻、硬度高的长叶片，可以大幅提高机组的功率曲线。设计、制造技术也是投资商对已有风电场机组型号选择的重要考虑因素。

3.设备故障率

设备故障率是影响机组发电量重要因素。机组功率曲线高，设计技术和制造工艺先进，但设备故障频率高，全年利用小时数上不去，机组电量将大打折扣，严重影响风电场的效益。设备故障率日益成为投资商关注的重点，尤其新型机组的面世与初期运用，成为风电场选型的重要因素。

影响电量的外部因素

风电场的风资源

风电场所在区域风资源丰富，风电场全年满负荷等效利用小时数就高，全年发电量就大；反之，风电场所在区域风资源差，风电场全年满负荷等效小时数就少，全年发电量就小。风电场所在区域风资源的品质从根本上决定着风电场的发电量，所以，选择一个好风电场的第一步就是从风资源分布图中寻找风资源丰富的区域。

风能密度是衡量风电场风资源的综合指标，又称风功率密度，蕴含着风速、风速频率分布和空气密度的影响。风功率在单位时间内流过垂直于风速截面积的风能，即为风功率式中Ｅ为风功率（Ｗ），ρ为空气密度（ｋｇ／ｍ３），Ｖ为风速（ｍ／ｓ），Ｆ为截面积（ｍ２）。风功率与风速的立方成正比，正确选取风速是计算风能的关键参数。

风功率密度等级在国标“风电场风能资源评估方法”中给出了7个级别，如下表：

1、不同高度的年平均风速参考值是按风切变指数为1/7推算的。

2、与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按海平面标准大气压并符合瑞利风速频率分布的情况推算。

风电场的海拔

众所周知，同等条件下，随着海拔的升高，风速会变大，但空气密度随着海拔的升高，空气密度会变小。由风功率密度计算公式可知，空气密度是影响也是影响风电场发电量的因素，空气密度计算公式为ρ=1.293*(实际压力/标准物理大气压)*(273/实际绝对温度)，绝对温度=摄氏温度+273 。通常情况下，即20摄氏度时，取1.205kg/ m³。这就意味着，风功率密度与海拔不是正比关系，在一定高度范围内，海拔越高，风功率密度越大，风电场发电量就越大超出一定高度，风功率密度会越小。

风电场周围环境的影响

风电场周围的环境也影响着风电场的发电量，风电场周围有无高大建筑物的阻挡、地表粗糙程度和空气质量等环境因素也是发电量的影响因素。地表粗糙，如丘陵树林阻风带，造成风的减速；地表光洁，如广阔的水面，会造成风的加速，风速变大，发电量就高。空气粉尘含量高，风叶易污染，电量将有所影响。

人的影响

风电场的微观选址决定着一个风电场的终生品质，在风资源丰富的地区，微观选址对风电场电量的影响更显著。投资者为了在有限的区域安装较多的安装风力发电机组，往往导致主导风向上湍流增大，反而导致整个风电场所有机组相互影响，甚至影响到风力发电机组的寿命。风电场建设的特殊性决定了微观选址的重要性，微观选址后整个风电场即被定型。投资者在微观选址时误判主导风向，将导致整个风电场工程成为失败项目。进行风力发电机组主导风向调整的工程量与整个风电场安装工程量类似，即浪费大量人力物力财力，又严重影响风电场发电量。

综上所述，风机特性、风资源和微观选址是影响风电场电量的主要因素，从无到有，建设一个风电场，最重要的是选风资源好的区域作为潜在风电场，其次就是做好微观选址工作，根据风资源的等级，选择与之匹配的机组，从而保证风电场的发电量，为风电场的经济效益奠定基础。

参考文献：

夏晖 王蒙 影响风力发电机组功率曲线变化的主要因素 新疆电力 2005年第3期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。