风电场规划与设计
2023-03-17 14:55:27 4 举报AI智能生成
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简单整理了风电场规划与设计（第2版）许昌 钟淋涓 等编著 其中第六章（大气动力学与风电场选址）和 第七章（风电场的电气设计）未整理
作者其他创作
大纲/内容
风电场规划与设计
并网型风电场
风电工程项目开展顺序
洁净能源
建设周期短
装机容量灵活
可靠性高
造价低
运行维护简单
实际占地面积小
发电方式多样化
风力发电特点
风电场地形图测绘
微观选址
确定风电场变电所位置
钻探
总体设计
风电机组基础
箱式变压器基础
变压器选择
变电站设计
架空线路设计
中央控制室及其他建筑物设计
道路规划和绿化设计
项目建设单位在设计阶段的任务
基础设计
规划设计内容
风能资源，风电场和风力发电概况
最大限度增大风电机组的输出
提高供电的经济性、稳定性、可靠性
减少各种因素对风能利用、风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
基本原则
风能质量好、风向稳定、风垂直切变小、湍流强度小
避开灾害性天气频繁出现地区、文物古迹、军事设施、自然保护区、矿藏
靠近电网、交通方便、对环境的不利影响最小
地形情况、地质情况、地理位置
温度、气压、湿度、海拔
社会经济因素
技术标准
海上风能资源评估
海床和地质条件
海洋气象条件
运输条件
并网条件
规划级别
海上风电场
基地的风能资源与折损
基地的并网和送出条件
基地的环境效益与影响
建设条件与成本
基地规划级别
大型风电基地
可行性分析的深度不够
可行性分析方法和指标等不够合理和科学
可行性分析人员业务素质不足
突出技术经济评价，忽略社会环境评价
项目分析中可能存在的问题
风电场的宏观选址
1.制定测风原则
2.选定测风设备
3.确定测风方案
4.确定测风位置
5.提取、存储和保存测风数据
6.记录测风数据文件
测风步骤
前期开发：主要用于风电厂风能资源评估和微观选址
投运后：主要用于风电场的气象信息实时监视和发电能力预测
结构：桁架式拉线塔架、圆筒式塔架
测风塔的作用和结构
结构稳定、安全、轻便、易运输安装维护、风振动小、塔影影响小、防腐、防雷电等特点
主测风塔高度不低于拟安装风电机组的轮毂
能抗击当地最大阵风冲击及10-20年一遇的自然灾害
测风塔的接地电阻满足相关要求，正常小于4Ω
测风塔要求
1.位置能基本代表风场风况
2.位置能代表厂区内风电机组总体位置
3.附近无高大建筑物、树木等障碍物，与单个障碍物距离应大于障碍物高度的3倍，成排障碍物距离要10倍
4.数量一般不少于2个，复杂区域应增至4-8个
风场区域内测风塔位置与数量选择
风速观测不少于3层（如70m的话，10-40-70）
主测风塔还需布置2-3层风向观测（2层的话，10m和顶层）
测风塔测风设备布置
测风塔
风速，风向。（采样间隔3s，10min的平均值，风速还需计算10s内最大风速及对应的时间和方向）
温度、气压、相对湿度。（10min采样一次）
技术要求
传感器。（风速、风向、温度、气压、湿度）
主机。（对传感器发送的信号进行采集、计算和存储）
数据存储装置。（有足够容量、可插接用于后期替换以供风能资源数据分析处理）
电源。（一般采用电池供电，配备用电源）
安全与保护装置。（户外环境恶劣、人为破坏等）
系统组成
数据采集器。（有采集、计算、记录功能。数据量至少保存3个月。有下载数据功能。）
大气温度计。（测量范围-40~50℃，精确度±1℃）
大气压力计。（测量范围60~108kPa，精确度±3%）
测风仪器选择
测风系统
数据代表性、准确定、完整性
数据验证
按不同风向、风速求相关。根据常年数据订正。
缺测数据订正
将数据与附近气象台获取的长期数据进行相关比较并进行修正，从而得到代表性数据
数据计算处理
风电厂测站与长期测站同期的各风向象限进行相关分析
通过两者每个风速相关曲线的x，y来求出代数差值。x：气象站风速 y:风电场风速
通过代数差值，即可获得订正后的风场测站风速、风向资料
代表年风速数据的获取
测风数据用于风能资源的评估
测风数据处理
年平均风速越高，风资源越好
平均风速
风速年/日变化曲线与电网年/日负荷曲线越接近越理想
风速年/日变化
动力因素。（主要来源于地面的摩擦效应，即地面粗糙度）
热力因素。（主要表现与近地层大气垂直稳定度的关系）
风速随高度变化
可以确定主导风向，因风电机组排列是垂直主导风向的，故对风电机组位置排列起关键作用
风向玫瑰图
是重要的风况特征，取决于环境的粗糙度、地层稳定性和障碍物
对风电机组寿命和性能有直接影响
主要表现在引起结构和控制系统的响应
湍流强度
反映风特性的一个重要形式是风速的频率分布，年度风速频率分布最具代表性
风速统计特征
风况
是气流垂直通过单位面积（风轮面积）的风能
风功能密度
空气密度计算
平均风功率密度计算
有效风功率密度计算
风能可利用时间计算
测站50年一遇最大风速计算
风功率密度计算
风功率密度
风数据质量的不确定性。（由风速仪等测风设备、测风塔、测风塔维护水平导致）
威布尔分布参数的不确定性。（风资源分析大多使用威布尔分布来表达分频分布）
风速年度波动的不确定性
未来风气候趋势的不确定性
测风数据的不确定性
风能资源统计计算
风电场址测站的风速频率曲线
与场址测站年份对应的气象台风速频率曲线
风电场场址测站的风向玫瑰图
与场址测站年份对应的气象台风向玫瑰图
风电场场址测站的风能玫瑰图
与场址测站年份对应的气象台风能玫瑰图
风电场场址测站的年平均风速变化直方图
风电场场址测站的典型日平均风速变化直方图
风能资源评价
风能资源测量与评估
动能→机械能→电能→负荷/电力系统
风力发电工作过程
按风轮轴与地面的相对位置分为水平轴和垂直轴式等
按叶片工作原理分为升力型和阻力型等
按风电机组的用途分为风力发电机、风力提水机、风力脱谷机等
按风轮叶片叶尖速度与吹来的风速比分高速风电机组（比值大于3）和低俗风电机组（比值小于3）
按容量大小分微型（1kw以下）、小型（10-100kw）、中型（100kw~1MW）、大型(1MW以上)
按风轮相对于塔架的位置分上风向式和下风向式
按风轮叶片数量分单叶片、双叶片、三叶片以及多叶片
按叶片形状分螺旋桨式、Φ形、Δ形、H形、S形等
按叶片材料分木质、金属和复合材料等
风电机组的类型
风电机组分类
基础与风电机组通过自重及几何尺寸，平衡运行中风力产生的倾覆力矩，保持机体竖立稳固。
基础
将风轮及整个传动链支撑在离地一定高度，使风轮能捕获更动能量的系统
塔架
控制转子对发电机励磁，实现风电机组与电网的友好
变流器
连接螺栓保证塔架的各部分紧密相连
塔架法兰
供维护人员工作及休息（有若干个）
平台
机舱内发电机产生的电流通过电缆线进入变流器
电缆
用于人能爬到机舱上（爬梯靠近塔壁，人上下时可用后背紧贴塔壁保证安全）
爬梯
用于塔架内的照明（塔架没有朝外的窗户）
灯
直接吸收风能，并将风能转换为机械能的系统（定桨失速风电机组，变速恒频风电机组）
风轮
最大限度吸收风能，保证风能利用率并优化机组所受载荷
桨叶
支撑桨叶，连接主轴的重要零件
轮毂
更好的吸收风能，有效控制机组功率，在超过额定风速运行时，通过变桨的方式使机组功率限制在额定功率附近，且能使机组处于更好的受力状态，减小冲击载荷。
需要制动时，桨叶完全顺桨，不再产生强大的驱动风轮旋转的气动力
变桨系统
风电机组最大可能实现由机械能转换为电能的系统
机舱
①.机组在启动，刹车，阵风等工况下传动系统产生的振动传递到机舱和塔架能有效减轻，保持整机平稳运行
②.采用三点式支撑结构，齿轮箱的悬臂通过弹性支撑与机架连接在一起，使整个齿轮箱处于弹性支撑状态下
传动系统
承受风轮产生的各种负载，它一端与轮毂联接，另一端通过收缩胀套与齿轮箱联接，运行过程中，将扭矩传递给增速齿轮箱
主轴
支撑传动系统，与齿轮箱两侧的弹性支撑一起构成三点式支撑
轴承，轴承座
将风轮产生的转矩传递给发电机并使其得到相应的并网转速
齿轮箱
将齿轮箱的动力传递给发电机，消除振动、噪音，纠正齿轮箱输出轴和发电机输入轴的同轴度误差
联轴器
发出电能
发电机
主传动系统
①.确保机组再正常运行工况下能正对风向，以利于风轮最大限度的吸收风能
②.解缆，防止偏航过角度，避免扭断电力电缆和信号电缆，当偏航角度超过设定值时，控制器可发出解缆指令
（主动）偏航系统
采用两套独立的制动装置
主制动装置：三个独立变桨系统，互不影响，在满功率下，一片桨叶刹车也足以使风电机组降到安全转速范围内
辅助制动：安装于齿轮箱高速轴上的机械盘式刹车装置
刹车系统
由液压泵站、管路、控制元件、执行机构组成
控制机组的高速刹车和偏航刹车，并在机组偏航时提供合适的阻尼
液压系统
液压刹车系统
有效降低温度，使设备长时间运行
设备运行时，由于摩擦做功、电阻发热、屏蔽不良、电涡流等导致设备发热，影响设备正常运行
冷却润滑系统
采用空冷的方式。从外界吸入冷空气与电机散热片进行热交换，并将热空气排出舱外
发电机冷却方式
采用油液喷射方式冷却各部件。通过散热器与机舱空气进行热交换，散热器将交换后的热空气排出舱外
主要采用喷油润滑，部分齿轮可实现飞溅润滑
齿轮箱冷却方式
测量风的速度和方向，并将风速风向信息传递到主控系统
风速风向仪
机舱柜、塔下柜、传感器等组成
是整个风电机组实现最佳运行的关键，起到风电机组运行控制、状态检测和安全保护的作用
控制系统
机舱座、机舱座上安装的各部件、玻璃钢材料的机舱罩
齿轮箱散热系统、电机散热系统和支撑结构
起动吊机：用于机舱和地面之间的搬运，最大起吊重量250kg
其他组件
风电机组组成及各部件作用
风电机组及重要零部件技术特性
认证范围
相关国际标准、设计/认证指南
认证依据
国家批准的可以开展可再生能源产品认证的机构
机构设置
型式认证（技术层面：设计评估、生产质量控制审核等）
项目认证（实施层面：塔基是否能与外界条件相适应等）
认证模式
风力发电设备认证体系
销售风电机组数量
公司成立年限等
对制造厂家业绩考察
功率曲线：风电机组发电功率输出与风速的关系曲线
理论（设计）功率曲线
实测功率曲线
厂家一般提供两种
对功率曲线的要求
低温要求
适应风速特性要求
防雷要求
防腐要求
适应电网条件要求
对特定条件的要求
保修期（一般两年以上），提供技术服务与保障项目和培训
技术服务与保障要求
风力发电设备选型原则
风轮架设高，风能利用率高，发电量高
功率调节可采用变桨距或失速调节
风轮叶片的翼型符合空气动力原理，发电成本低
启动风速低，可自启动
优点
高空安装和拆卸不太方便
叶型设计及风轮制造较为复杂
需要对风装置即调向装置
质量大、消耗材料多、造价高
缺点
塔架对气流影响小，但必须安装对风装置，测风点布置比较困难，一般布置在机舱后面
上风向
由于塔影效应，叶片受周期性的载荷影响，易产生噪声
下风向
上风向与下风向风电机组特点
前后轴承结构
主轴——齿轮箱一体式结构
后轴承置于齿轮箱内部结构
低速轴支撑
发电机通常安置在齿轮箱后部、机舱底板的延伸段上，通过高速轴及弹性联轴器与齿轮箱输出轴相连
发电机轴线通常偏离低速轴轴线
高速轴及发电机支撑
传动系统支撑特点
风轮轴与齿轮箱低速轴同轴，节约成本但拆卸麻烦
紧凑型
风轮轴与齿轮箱低速轴连接，减少齿轮箱低速轴搜到的力矩
刹车安装在高速轴上，减少了由于低速轴刹车造成齿轮箱的损害
长轴布置型
主轴、齿轮箱和发电机相对位置特点
优：有较高的风能利用系数，提高风轮转速，减少齿轮箱变速比，降低费用
缺：动态特性降低，产生振动，噪声大
少叶片风电机组特点
水平轴风电机组特点
可接受任意方向风，无需对风装置，结构简单
齿轮箱和发电机可以安装在地面，检修维护方便
风能利用率低于水平轴
无法自启动，需要电动启动
气流受地面影响大，一般大型风电场选用较少
垂直轴风电机组
结构型式选择
控制简单，多应用于百千瓦级风电机组
功率输出不稳定
阻尼低时，振动幅度较大，易疲劳损坏
高风速时，气动载荷较大，叶片及塔架等受载较大
在安装点需要试运行，优化安装角
低风速段，叶轮转速低时的功率输出较高
被动失速控制
获取更多风能，提供气动刹车，减少极限载荷
增加一套或三套变桨距系统（电动或液压驱动）
变桨距控制
采用失速叶片，保证功率调节，简单可靠
利用桨距调节在中低风速区优化功率输出，高风速区维持额定功率输出
在临界失速点，通过桨距调节跨越失速不稳定区
可以补偿空气密度、叶片粗糙度、翼型变化对功率输出的影响
额定点之后可维持额定功率输出
叶片可顺桨，刹车平稳，冲击小，极限载荷小
受阵风、湍流影响较小，功率输出平稳，无需特殊发电机
桨距仅需微调，磨损少，疲劳载荷小
与传统失速相比
主动失速控制
功率控制方式选择
发电机本身在低负荷时的效率较低
定桨距风电机组在低风速运行时的效率较低
定速运行
将发电机分别设计成4级和6级，使叶轮和发电机在低风速段的效率提高
与变桨距风电机组在额定功率前的功率曲线差别缩小
双速运行
在低风速段，改变叶轮转速保持最佳尖速比
叶轮的低速运行降低了噪声
叶轮像飞轮一样，调节气动扭矩的波动，使之平稳地传给传动系统
有宽幅变速、窄幅变速
变速运行
定速与变速运行方式的选择
叶宽小、叶片轻，机头质量比失速机组小，不需要很大的刹车，启动性能好
输出功率稳定，保证较高的发电量
由于增加了一套变桨距机构，故障率增加，处理变距机构中叶片轴承故障难度大
变桨距叶片
轮毂和叶根部件没有结构运动部件，费用低
失速的过程中功率波动小
但定桨距失速叶宽大，风电机组动态载荷增加，要求一套叶尖刹车
在空气密度变化大的区域，季节不同时输出功率变化很大
定桨距（带叶尖刹车）
风轮叶片
要求：重量轻、效率高、承载能力大、噪声小、启动力矩小等
效率高，无功电流可控
同时同步发电机能以任意功率因数运行，定速风电机组采用较少
同步发电机
与电网的连接可以认为是一个缓冲器，有一定滑差，对电网冲击小
但它是根据有功率出来吸收无功功率，易产生过电压等现象，且启动电流大
感应发电机
相当于一个扭转阻尼，可以抑制传动系统可能发生的扭振
异步电机
在高效率、高性能的同时，充分考虑结构简单和高可靠性
考虑质量、性能、品牌、价格以便减少损坏时的修理
直驱式风电机组使用同步电机，永磁激励或励磁组激励
直驱式风电机组使用同步电机，在接入电网前，增加一个频率固定的逆变器，因此可以变速运行
发电机选择考虑因素
提供异步机并网所需无功
一般电容器组由若干个几十千乏的电容器组成，并分为几个等级，根据风电机组容量大小来设计每级补偿电容量
电容补偿装置
塔架的高度为1~1.5倍叶轮直径，但不宜低于24m（风速、湍流因素）
考虑美观、刚性好、维护方便、冬季登塔条件好等
塔架选型
主要用于中小型风电机组上
制造简单、成本低、运输方便
但不美观、上下塔架安全性差等
桁架式
美观大方、上下塔架安全性高，对风阻力小，无须定期拧紧结点螺栓
塔架材料多用钢材，要做防腐处理
圆筒形
部件选择
风电机组设备选型依据
风电机组设备选型
风力发电技术与设备选型
风电场选址过程
风电场微观选址的技术步骤
微观选址的意义
【定义】风电场区周围5km半径范围内其地形高度差小于5m，最大坡度小于3°
实际上，在场址的盛行风的上风方向，没有大的山丘或悬崖之类仍可作为平坦地形
平坦地形
障碍物对气流的阻碍和遮蔽作用，会改变气流的流动方向和速度
障碍物的下游会形成尾流扰动区，一般尽量避开，否则风电机组高度应高于障碍物的2倍
障碍物的上风方向和外侧会形成湍流涡动区，一般尽量避开，否则风电机组应距离障碍物高度2~5倍
障碍物的影响
【定义】平坦地形以外的地形，一般分为隆升地形和低凹地形等
当风向与河谷走向一致，风速比平地大，当走向垂直时，风速小
山谷地形由于山谷风的影响，会出现较明显的日或季节变化
在谷地选址时，应考虑山谷风走向是否和当地盛行风一致
山谷的收缩部分容易产生狭管效应，相应的有些地形会产生峡谷效应
由于地形变化，也会产生较强的风切变和湍流
山区风的水平分布和特点
在山丘与盛行风向相切的两侧上半部是最佳场址位置，山丘的顶部次之，避免选址在整个背风面及山麓
【悬崖地形陡坡】不能布置在崖顶，湍流强度过大，也不能远离悬崖，否则会处于低风速高湍流的回流区
【悬崖地形缓坡】在迎风坡和崖顶有利于排布风电机组
山丘、山脊地形的风电场
复杂地形的影响
微观选址的影响因素
【尾流效应】风电机组在风电场中运行，空气来流经过旋转的风轮后发生方向与速度的变化
【尾流区】经过风轮的气流相对于风轮前的气流，速度减小，湍流增强，该部分区域称
靠近风轮在风轮后方大致一个风轮直径长的区域
研究着眼于功率提取的物理过程和风电机组性能
近尾流区
关注焦点是尾流模型、尾流干涉、湍流模型和地形影响
过渡区（可有可无）
近尾流区后面的部分
着重研究风电场中风电机组群的作用
远尾流区
尾流
主要表现为上游风电机组的尾流效应对位于其下游的风电机组的影响
尾流效应对下游风电机组的使用寿命也有一定影响
风电机组之间的影响
风电机组尾流对风电场的影响
理想风电机组后的尾流模型
Jensen尾流模型
涡粘性尾流模型（Ainslie尾流模型）
Larsen尾流模型
Frandsen尾流模型
Lissaman尾流模型
风电机组尾流模型
山脉引导湍流（大气流过小山或山脉）
粗糙地面湍流（各种地形中的障碍物）
风电机组产生湍流（风电机组尾流中的湍流）
湍流产生原因
通过单个风电机组尾流湍流模型计算得到增加的湍流量
通过多个风电机组尾流模型的复合计算得到增加的湍流量
通过单个风电机组尾流湍流模型计算得到总的湍流量
通过多个风电机组尾流模型的复合计算得到总的湍流量
湍流模型
尾流中的湍流强度
风电机组尾流
风电机组布置要综合考虑地形、地质、运输、安装、环境、土地、联网等
1.计算整个风电场的风资源，找出风资源较好的位置
2.根据地形、道路情况确定适合布置风电机组的地形位置，要求坡度较缓、交通方便
3.确定不同间距的多种方案
4.确定间距后，根据实际地形，计算发电量及湍流强度、尾流损失等影响
5.进行方案比较，选择合理的风电机组间距布置风电机组
选址步骤
风电机组微观选址的基本原则
盛行风方向为一个方向或两个方向且相互为反方向时【矩阵型分布】
风电机组群排列方向与盛行风向垂直【梅花形排布】
少风向一般【行距】5-9倍风轮直经，【列距】3-5倍风轮直经
多风向区一般采用【梅花形或对行排布】
多风向一般【行距】5-9倍风轮直经，【列距】5-9倍风轮直经
视具体地形而定
一般选择在四面临风的山脊上或迎风坡上
起伏的山地风电场
风电机组的排列布置方法
风电场微观布置方法
对地形相对简单、地势较平坦的地区比较适用
WAsP软件
更能适应复杂山区的风资源评估，能减少复杂地形条件下的计算误差，评估整个场址范围的风能资源分布
Meteodyn WT软件
尾流折减
可利用率折减
功率曲线折减
电气损耗、环境损耗、缩减损耗
风电场发电量不确定性归类
风电场微观布置的典型软件包
风电场的微观选址
工业用电
农业用电
交通运输用电
市政生活用电
电力系统用户特性
【负荷】用户的用电设备所取用的功率统称为负荷/负载
【有功负荷】电能转换成其他能量，并在用电设备中实际消耗的功率
【无功负荷】产生磁场所消耗的功率
按物理性能分
【发电负荷】某一时刻发电厂实际发电出力
【供电负荷】发电负荷减去发电厂厂用负荷
【用户负荷】供电负荷减去电网中线路和变压器的电力损耗
按电力生产和销售过程分
【一类负荷】中断供电造成人身伤亡/政治经济上有重大损失
【二类负荷】中断供电影响重要用电单位正常工作/政治经济上较大损失
【三类负荷】不属于一类二类负荷的其他负荷
按供电可靠性要求及中断供电的影响和损失分
电力负荷分类
【负荷特性】负荷功率随负荷端电压或系统的频率变化而变化的规律
【负荷电压特性】负荷功率随负荷点电压变动而变动的规律
【负荷频率特性】负荷功率随电力系统频率变化而变化的规律
【负荷时间特性/负荷曲线】负荷功率随时间变化的特性
电力负荷的特性
电力负荷分类及特性
【定义】电力负荷随时间不断变化的关系用曲线表示，即为负荷曲线
个别用户的负荷曲线
变电站的负荷曲线
电力系统的负荷曲线
按涉及范围分
【定义】电力负荷在一昼夜内的变化过程线
【意义】主要用于研究电力系统日运行方式（经济运行、调峰措施、调压、无功补偿等）
【基荷】日最小负荷水平线以下的部分
【峰荷】日平均负荷水平线以上的部分
【腰荷】最小负荷和日平均负荷水平线之间的部分
【基荷指数】日最小负荷与日平均负荷的比值，比值越大，系统的日用电情况越稳定
【日最小负荷率】日最小负荷与日最大负荷的比值，比值越小，日负荷越不均匀
【日平均负荷】日平均负荷与日最大负荷的比值，比值越大，日负荷变化越小
日负荷曲线
【定义】电力负荷在一年内的变化曲线
【年最大负荷曲线】一年内每月（每日）最大负荷随时间变化的曲线，表示一年内各月（各日）所需要的最大电力
【年平均负荷曲线】一年内各月（各日）的平均负荷随时间的变化曲线，该曲线下方包围的面积，即等于一年内负荷消耗的电量
【持续负荷曲线】某一研究周期内电力负荷递减的顺序绘制的负荷曲线
年负荷曲线
一般不常用
周/季负荷曲线
按持续时间分
电力负荷曲线
电力系统负荷曲线
【凝汽式火电厂】主要任务发电
【供热式火电厂】主要任务既要供热，又要发电
分类
火电厂的出力和发电量比较稳定
火电机组启动技术复杂，且耗费大量的燃料、电能
火电厂有最小技术出力的限制
火电厂本身的单位装机容量投资比水电站低，但考虑环境保护、配套投资，综合下来二者相近
但火电厂消耗燃料多，所以单位发电成本高于水电站
运行特性
火电厂
【坝式水电站】通过拦河筑坝或闸来抬高开发河段水位，使原河段的落差集中在坝址处
【无压引水式】采用沿岸修筑坡降平缓的明渠或无压隧道来集中落差
【有压引水式】采用有压隧道或管道来集中落差
引水式水电站
【混合式水电站】先筑坝集中水能，再从坝址处筑引水道（常为有压）集中坝址处至水电站间的落差
水电站的出力和发电量随天然径流量和水库调节能力有关
水电站的出力受其水库利用情况影响（一般水库为综合利用）
水电站机组启停灵便、迅捷，适合在电力系统中担任调峰、调频和事故备用等任务
水电站发电利用的式水能，可再生性能源，运行费几乎和发电量无关
水电站的建设地点受水能资源、地形、地质等条件的限制
水电站
由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机等部分组成
反应堆的核心称为堆芯，核燃料铀就放置在堆芯中
组成
需要持续不断地以额定出力状态运行，因此在电力系统中总是承担基荷
主要设备及辅助设备复杂，一般一年更换一次燃料，期间需停运半个月
需要设置较大的发电机组备用能量，并要求由抽水蓄能机组进行调峰配合
造假比燃煤火电厂高出数倍，但单位发电量需要的燃料费用较低
核电站
【日抽水蓄能电站】夜间负荷处于低谷时进行一次抽水，白天峰荷时发电1~2次
【周抽水蓄能电站】所需要的库容大于如抽水蓄能电站
【季抽水蓄能电站】汛期抽水蓄存，枯水季放水发电
调峰填谷
担任系统备用容量
担任系统负荷备用，发挥调频作用
担任调相任务，当不进行抽水及发电时，利用同步发电机多带无功负荷，对电力系统起到调相作用
吸收系统负荷低谷时的多余电能进行抽水蓄能
抽水蓄能电站
风电场
【光伏电站】利用光生伏特效应，将太阳辐射能转换成电能的发电方式
【光热电站】利用太阳辐射所产生的热能发电，通常配有储热系统
高度自动化、工作周期长、无需机械转动部分
易受天气因素、环境温度、空气灰尘等影响
其间歇性与波动性对电力系统的安全可靠运行有影响
太阳能电站
【生物质能】是太阳能以化学能形式贮存在生物质的能量形式
【直接燃烧发电】
【气化发电】将生物质通过发酵，产生沼气等气体燃料，再将气体燃料燃烧或进入燃料电池发电
需经过电力电缆、换流器、变压器等电气设备将发出的电能输送出去
不受时间、环境约束，只要持续提供生物质可持续发电
更加可控，输出更加稳定
但发电机组容量小，导致发电量不稳定，甚至出现频繁启动和停机问题，对供电质量、电网频率等有影响
生物质电站
【潮汐现象】主要由月球、太阳的引潮力以及地球自转效应所造成的
【潮汐能】海水在往复运动时所具有的动能和势能统称为潮汐能
【单水库单程式潮汐电站】只有一个水库，仅在涨潮（落潮）时发电的潮汐电站
【单水库双程式潮汐电站】只有一个水库，涨潮落潮均可发电
【双水库双程式潮汐电站】有两个相邻水库，一个水库涨潮时进水，另一个水库落潮时防水的潮汐电站
【单库】一天内不能连续发电，随涨落潮时间而定
【双库】可全天发电
无淹没损失，无需移民，无环境污染，可结合发展围垦、水生养殖、海洋化工等项目
潮汐发电
电力系统中各类电源的运行特性
【特点】接入规模小、接入电压等级低、对系统运行影响较小
主要针对单个小风电场直接接入配电网，向负荷供电
接入方式对配电网的无功电压、电能质量影响较大，需采取无功控制设施来调节配电网的电压
还需采取一定的电能质量治理措施抑制闪变和谐波
分散接入方式
【特点】风电场开发规模大、接入电压等级高、电能输送距离远、对系统运行影响较大，以异地消纳为主
【直接接入变电站方式】用于单个规模较大的风电场，直接接入附近的变电站
【建设汇集站接入电力系统方式】当存在多个规模较大且距离接近的风电场时，再合适位置建立汇集站，再入网
集中接入方式
风电场接入电力系统方式
【方案】主要由风电场最终装机容量和风电场在电网所处的位置来确定
装机容量较小、以分布式电源（DG）的方式接入配电网的规划
常和柴油发电机或光伏发想结合，还需配备蓄能装置
它的可靠性和经济性研究是风能应用和并网规划的基础
离网规划
大型风电场接入输电网，由系统统一调度的规划
并网前需对含风电厂的电力系统进行计算
全面分析系统接纳风电能力、并网时冲击电流、无功补偿、电压稳定性、电能质量、调峰调频等问题
并网规划
风电场接入电力系统规划
风电场接入电力系统
单机装机容量在1000kw以上的，进行并网运行
单机装机容量在几十千瓦到几百千瓦的，或并网运行，或与其他发电装置并联互补运行
单机装机容量在10kw以下的，采用直流发电系统并配合储能装置独立运行
一般情况
风力发电机的转速不随风速的波动而变化，维持恒定转速运转，输出恒定额定频率交流电
简单可靠，但不能充分利用风能
风力发电机的端电压大小等于电网的电压
风力发电机的频率等于电网的频率
并联合闸的瞬间，风力发电机与电网的回路电势为0
风力发电机的相序与电网的相序相同
同步并网条件
有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率来改变
有功功率调节
接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率
风电机组功率不变时，调节励磁电流，可以改变风力发电机发出的无功功率
无功功率调节
同步风力发电机的并网运行方式
【入网方式】感应发电机可直接入网，也可通过晶闸管调压装置入网
感应发电机的相序与电网的相序相同，否则并网后将处于电磁制动状态
发电机转速应尽可能接近同步转速时并网，要求不是非常严格，但越接近冲击电流衰减的时间越快
电机并网条件
较大的风电机组，可采用双向晶闸管控制的软投入法
取决于转差率（与感应发电机的负载有关）及电机的参数（给定的数值）
并网运行时的功率输出
主要是为了励磁的需要
也为供应定子和转子漏磁所消耗的无功功率
通常采用电容器进行适当的无功补偿
无功功率及其补偿
感应风力发电机的并网运行方式
恒速恒频
风电机组的转速随风速的波动而变化，但仍输出恒定频率的交流电
提高风能利用率，但须增加实现恒频输出的电力电子设备
采用频率交换装置进行输出控制，并网没有电流冲击，对系统几乎无影响
同步发电机的工作频率与电网频率彼此独立，叶轮及发电机转速可变化
频率变换装置采用静态自励式逆变器，虽可调节无功功率，但有高频电流流向电网
在风电系统中采用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负荷，可使风电机组按最佳效率运行
【功率检测器】在系统输出端连续测出功率，并提供正比于实际功率的输出信号
【功率变化检测器】对功率检测器的输出进行采样储存，以便和下一个采样比较
【控制电路】根据逻辑信号来调整输出大小，控制信号被用来触发逆变器的晶闸管，进而控制输送到电网的功率
反馈电路
同步风力发电机交-直-交系统的并网运行
输出电压的频率和相位仅取决于励磁电流的频率和相位，与发动机转速无关
非常适用于与电网并网的风电机组
磁场调制发电机系统的并网运行
定子三相绕组直接与电网相联
转子绕组经交-交循环变流器联入电网
风电机组启动后带动发电机至接近同步转速时，循环变流器控制进行电压匹配、同步和相位控制，并入电网。并网时基本无电流冲击
适用于无初始启动转矩的风电机组，在静止状态下的启动
风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时调整，使风电机组以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出
发电机励磁可调量有3个。励磁电流的频率、幅值、相位
双馈发电机系统的并网运行
变速恒频
电压闪变与电压波动问题
高次谐波问题
电网稳定性问题
发电计划与调度
并网后注意事项
并网运行
解决孤立岛屿与村落的供电
解决边远地区的供电
风-柴互补
适用于风能和太阳能资源丰富的地区
城市的住宅小区和环境工程
占地面积较大，太阳能发电成本高
风-光互补
由于风的随机性和不可控性，风-水互补适合调节对风电机组出力的补偿
风-水互补
风电机组与燃气轮机组结合
通过具有快速启停和快速负荷调节特性的燃气轮机组来补偿风电机组出力的波动
风-气互补
可提供稳定的电力输出，减少地球温室化
生物质可以通过燃料形式存储起来，与负荷相对应，人为控制发电量
风-生物质互补
互补运行
是一种基于机电能量转换的装置
【储能】风力发电机发出的电能通过电力电子换流器变换后控制电动机带动飞轮加速旋转， 从而将电能转化成机械能储存在高速旋转的飞轮本体中
【释放】电动机作为发电机运行，由飞轮带动其转动减速发电，将机械能转换成电能， 经电力电子换流器变换后输送给用电负荷
工作原理
【优】效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷且无限次、无污染
【缺】能量密度较低，保证系统安全性方面的费用很高
优缺点
飞轮储能
利用多余的电能将水从位置低的下水库抽到相对位置高的上水库，从而将电能转化成重力势能储存起来利用重力势能发电的一种能源储存方式
【优】技术成熟、成本低、循环水利用等
【缺】需要特殊地理条件、效率仅有70%、建设期长达8~10年等
抽水蓄能
【储能】将空气高压密封在一定容量的设施（天然洞穴、废矿井等）中
【释放】将压缩空气释放出来，形成高速气流，推动涡轮机转动，并带动发电机，供应负荷
【优】安全系数高、寿命长、可以冷启动、黑启动、响应速度快
【缺】需要特定的地形条件，即需要特定的洞穴用于储存风能
压缩空气储能
机械储能
超级电容器的电荷储存发生在电极、电解质形成的双电层上以及在电极表面进行欠电位沉积、电化学吸附、脱附和氧化还原产生的电荷迁移
【优】充放电速度快、无污染、循环寿命长、使用的温度范围宽等
【缺】价格高
超级电容储能
利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回用电负荷
【储存】将多余电能，经交-直流变流器整流成直流电，激励超导线圈，使超导电感充电 并保持恒流运行，储存能量几乎无损耗
【释放】将超导线圈储存的直流电经逆变器转变成交流电输出，提供给用电负荷
【优】功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快、储能密度高、储能效率高达90%
【缺】小容量虽已商品化，但由于大型线圈产生的电磁力的约束及制冷等技术不成熟 大规模超导储能装置还在研究阶段
超导储能
电磁储能
【主要应用】电力系统的备载容量、频率控制、不断电系统
【优】成本低、技术成熟、储能容量大
【缺】储存能量密度低、可充放电次数少、制造过程有污染
铅蓄电池
【主要应用】手机、笔记本电脑等
【优】大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单、循环寿命长
【缺】记忆效应会逐渐降低电池的容量
镍镉电池
【优】电量储备比镍镉多30%，比镍镉轻、使用寿命长、无污染
【缺】价格比镍镉高很多，性能比锂电池差
镍氢电池
【主要应用】大型储能系统
【优】能量密度大（是铅蓄的3倍）、充电效率高（80%）、循环寿命长（铅蓄）
钠硫蓄电池
【优】无记忆效应、高工作电压、低自放电率、无环境污染、高能量密度
锂离子蓄电池
各类蓄电池储能
有前景、安全经济的氢气储存方式是利用金属氢化物储氢材料
不易爆炸、安全程度高
氢燃料电池
可再生燃料电池储能
液流电池也称氧化还原液流蓄电系统
液流电池的活性物质，既是电极活性材料，又是电解质溶液
储能容量由储存槽的电解液容积决定，输出功率取决于电池的面积，能100%深度放电
液流电池出储能
化学储能
独立运行
风电场的运行方式
在做好规划、勘测、设计的基础上，研究不同规划、标准、投资、效益的各个比较方案，通过分析论证和经济计算，选择技术上正确、经济上合理、财务上可行的最佳方案
规划兴建的风电场
研究进一步发挥工程经济效益的途径
分析项目实际运行和预期目标差距的原因
已建成的风电场
任务
单位装机容量投资、单位发电成本及财务内部收益率、财务净现值、投资回收期、投资利润率
借款偿还期、资产负债率、利息备付率、偿债备付率等
经济计算指标
风电场建设项目的投资、年运行费、利息支出、税金等
财务支出
发电收入、CDM收入、其他收入
财务收入
财务评价阶段
项目达到设计规模所需投入的全部建设费用
固定资产投资
项目在运行初期和正常运行期每年所需指出的全部运行费用
年运行费
国民经济评价阶段
发电效益、环境效益、社会效益
风电场项目效益
内容
既属于基础设施建设，又是营利性项目
运行周期较长，进行经济评价时应考虑时间因素，采用动态分析方法
重视项目的财务生存能力，抵御风险能力
定量分析与定性分析相结合，定量分析为主
特点
任务和内容
风电机组设备费（70%）
土建工程费
电气工程费
财务成本
其他
总投资
风电场每千瓦装机容量的投资成本
单位千瓦投资
风电场在设备使用期（20-30年）范围内，每生产1kw·h电量所需要的发电总成本
设备年折旧费
银行利息
管理费及税金
运行维护费
修理费
摊销费
人工工资和福利费
发电总成本
单位发电成本
项目在整个计算期内各年财务净现金流量的现值之和等于零时的折现率
当风电场财务内部收益率大于电力行业基准的财务内部收益率时，说明盈利能力满足最低要求
财务内部收益率
风电场按行业的基准收益率或设定的目标收益率，将风电场计算期内各年的净现金流折算到开发活动起点的现值之和
财务净现值
风电场项目的净现金收入抵偿全部投资所需要的时间，一般以年为单位
是考察风电场项目在财务上的投资回收能力的主要评价指标
投资回收期越短，表明项目投资回收越快，抗风险能力越强
投资回收期
风电场项目达到设计生产能力后的一个正常年份的年利润总额或年平均利润与风电场总投资比率
投资利润率
风电场项目投产后获得的可用于还本付息的资金，还清借款本息所需要的时间，一般以年为单位
借款偿还期
风电场项目各期期末负债总额与资产总额的比率
资产负债率
风电场项目在借款偿还期内各年可用于支付利息的税息前利润与当期应付利息费用的比值
利息备付率
风电场项目在借款期内，各年可用于还本付息的资金与当期应还本付息金额的比值
偿债备付率
计算指标
对照预期目标与实际运行情况之间的差异，考察风电场投资的正确性和预期目标的实现程度
总结风电场建设和运营管理的经验教训，提出改进和补救措施
反馈风电场经济后评价信息，提高下阶段拟建风电场项目的投资决策水平，管理水平和投资效益
为国家风电发展规划和政策的制定及调整提供科学依据
主要目的
通常包括财务内部收益率（FIRR）和财务净现值（FNPV）
收集风电场实际运营的财务报表或会计账目
收集风电场开工以来的物价变化的统计资料（包括国家或地区的消费指数、行业产品物价指数）
根据风电场财务报表数据编制项目现金流量表，计算净现金流量
用确定的物价指数对净现金流量进行换算，扣除物价的影响，由换算后的净现金流量得出后评估的FIRR和FNPV用后评价的结果与前评估的预测指标相比，与行业基准收益率相比或同期借贷利率相比
盈利能力评估
主要用于鉴别该风电场是否具有财务上的持续能力
【有无对比法】建成运营后的某一时间点上，对比‘有风电场’和‘无风电场’时的效益与费用
【前后对比法】规划设计阶段预测的经济效果和建成后实际运营时的经济效果对比
对比分析法
将评价对象按总目标、各层子目标、评价准则直至各评价指标的顺序分解成不同的组成因素，建立层级结构
对同层的各因素进行两两比较，客观的计算出每一层中各因素的权值
再求的每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重
再加权和的方法递阶归并各评价方案对总目标的最终权重
最终权重最大者即为最优的评价方案
层次分析法
【核心】确定评价对象内在的因果逻辑关系
确立风电场经济目标层次间的逻辑关系，用于分析经济效益、效果、影响和持续性
逻辑框架法
【核心】用来解决信息不完备系统的数学方法
灰色联度分析方法对于项目后评估中确定因子间的影响程度十分有价值
灰色理论分析法
清偿能力分析
界面简洁、操作简单，能满足不同的计算需求
通过输入参数，可自动计算，减少人工干预问题
生成报表符合相关规范要求
计算速度快
符合实际工作操作流程
基础数据、报表、敏感性分析
功能
CFD风力发电工程软件——经济评价（WEE）
评估软件
风电场的经济后评估
用于解决电网覆盖不到的地区
离网微小型风电机组
体现在风电场自身获得较好的经济效益以及风电场对国民经济发展产生的宏观经济效益
并网大、中型风电场
低风速风能资源面积占全国的68%，且接近电网负荷中心
低风速分散式风电场
经济效益
调整能源结构，保障能源安全
发展新兴产业，扩大就业机会
创建旅游景观，增加旅游收入
建设社会主义新农村，带动乡村经济发展
社会效益
风电场经济效益和社会效益
风电场的经济计算与评价
减少因开发一次能源所造成的环境污染破坏问题
能有效遏制和缓解沙尘暴灾害，抑制荒漠化发展
不需要移民、自然景观破坏等，对保护环境起到了积极重要的作用
占地面积小，植被破坏较小，对周围生态环境的影响较小
风电场对环境的有利影响评价
工程区土地开挖、道路修建及主体工程施工过程中施工机械噪声等
施工期噪声
空气动力性噪声、机械性噪声、电磁性噪声
运营期噪声
噪声
一切电气设备在运行时都会产生电磁辐射
风点击的辐射源由发电机、变电所、输电线路
电磁干扰
占用土地、改变植被，鸟类习性的改变
生态系统影响
风电场对环境的不利影响评价
基础开挖
道路施工
临时设施
施工作业扬尘
风电场建设造成的水土流失
总体布局
防治重点
风电场水土保持措施
风电场水土保持
风电场的环境评价及水土保持
1.综合说明
2.工程任务和规模
3.场址选择
4.风能资源
5.风电机组选型及上网电量估算
6.电气工程
7.工程地质与土建工程设计
8.施工组织设计
9.环境影响初步分析
10.投资预算
11.财务初步评价
12.结论与建议
陆上风电场预可行性研究报告
5.海洋水文
6.工程地质
7.风电机组选型及布置及发电量估算
8.电气
9.土建工程
10.辅助措施和监测
11.施工组织设计
12.环境影响分析
13.投资预算
14.财务初步评价
海上风电场预可行性研究报告
风电场（预）可行性研究报告
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