[發明專利]復雜地形下提高風能利用的方法

有效

• 申請號: 201110180455.2
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102235314A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 杜燕軍;彭懷午;孫立新;聶維新;孫少軍
• 申請（專利權）人: 內蒙古電力勘測設計院
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于風力發電場工程設計技術領域，尤其涉及一種復雜地形下提高風能利用的方法。

背景技術

根據IEC?61400-1：2005[1](國際電工技術委員會標準)的規定，50年一遇10分鐘最大風速和平均風速是決定風電機組極限載荷和疲勞荷載的關鍵指標，也是風電場開發中風電機組選型和經濟效益評估的關鍵指標之一。空氣流動的動能作用在風力機風輪上，推動風輪轉動變成電能，風輪直徑越大發電量越多，但承受極限強度越大。國標《風力風電機組安全要求》(GB18451.1-1)根據風電場風速和湍流參數，將風電機組分為Ⅰ～Ⅳ級安全等級，Ⅰ級為最高，承受最大風速也最大。風電機組制造商主要通過改變風輪直徑來滿足風電機組安全要求，Ⅰ級風電機組風輪直徑相對最小。

在復雜地形(高差較大的山地)風速隨相對高度變化比較顯著，不同高度位置處的風速有較大差別，相對位置較高處的最大風速和平均風速較高，但為保證風電機組安全，往往通過減小風電機組風輪直徑來滿足風電機組安全要求，這樣風電機組發電量降低很多，沒能充分利用風能資源。例如根據50年一遇10分鐘最大風速統計結果，發現絕大多數風能資源較好的風電場都處于風電機組安全等級為Ⅲ級范圍內，但在復雜地形下，經常出現風電機組安全等級為Ⅱ級的風速，這樣在確定的風場范圍內，出現風電機組安全等級為Ⅱ和Ⅲ級的風速。對于出現風電機組安全等級為Ⅱ和Ⅲ級風速的風電場，為了適應風電機組的安全性要求，通常做法是選擇較高的Ⅱ級安全風電機組機型，Ⅱ級安全風電機組較Ⅲ級安全風電機組風輪直徑小，相應利用風能資源的能力低，風力發電量降低。針對出現風電機組安全等級為Ⅱ和Ⅲ級風速的風電場，選擇風電機組安全等級較高機型，未充分利用風能資源。本發明是在不減小風電機組風輪直徑來滿足安全要求方法或者對滿足安全要求的風機增加風輪直徑，提高風能資源利用率。

發明內容

本發明是通過調整風電機組輪轂高度以改變風力機處的風速，而不提高電機組安全等級，解決了適應風電機組的安全性要求；或者對滿足安全性要求的風機增加風輪直徑，提高風能利用。經統計，通過調整風電機組輪轂高度來滿足安全性要求相對縮小風輪直徑帶來更好的收益；對滿足安全性要求的風機增加風輪直徑實現最大利用風能資源。通過調整風電機組輪轂高度和風輪直徑，實現最大利用風能資源，提高風電機組發電能力，從而獲得最佳發電量。

為此，本發明提出了一種復雜地形下提高風能利用的方法，該方法包括：一種復雜地形下提高風能利用的方法，其特征在于，該方法包括：步驟S1，獲得風電場內各風電機組位置處50年一遇最大風速和平均風速數據；步驟S2，根據步驟S1中獲得的數據，確定各風機是否滿足安全性要求；步驟S3，根據步驟S2確定的結果，在滿足安全性要求的范圍內調整各風機的風輪直徑和輪轂高度。

根據本發明方法的一個方面，該方法還包括步驟S4，對整個風電場進行分析計算，獲得各個風電機組位置處的風輪直徑和輪轂高度。

根據本發明方法的一個方面，步驟S1具體包括：根據具有代表性的風資源、區域地形圖、風電機組資料、風機布置方式和相關氣象資料，利用風能專業計算軟件計算計算不同位置處的50年一遇最大風速和平均風速數據。

根據本發明方法的一個方面，步驟S2具體包括：根據步驟S1獲得的數據，判斷哪些風機滿足安全性要求，哪些風機不滿足安全性要求，判斷方法為根據各個風機位置處50年一遇最大風速和平均風速數據，判斷各個風機是否位于所述50年一遇最大風速和平均風速數據對應的安全等級范圍內，若位于所述范圍內，則滿足安全性要求，否則不滿足安全性要求。

根據本發明方法的一個方面，步驟S3具體包括：對于滿足安全性要求的風機，增加風輪直徑或增高輪轂高度以提高風能利用，對于不滿足安全性要求的風機，減小風輪直徑或降低輪轂高度以滿足安全性要求。

根據本發明方法的一個方面，步驟S3還包括：對于調整后的風輪直徑或輪轂高度進行安全性判斷，根據分析結果調整風輪直徑或輪轂高度至滿足安全性要求的范圍內。

根據本發明方法的一個方面，步驟S4具體包括：(1)對于最大風速滿足要求，部分平均風速較低的位置通過增加風輪直徑來提高風能資源利用時，分析增加風輪直徑引起的尾流增加并與未增加風輪直徑前的發電量進行比較，根據比較結果調整風輪直徑；(2)對于最大風速滿足要求，部分平均風速較高的位置通過縮小風輪直徑或者降低輪轂高度來滿足風機的安全性要求，分別對縮小風輪直徑和降低輪轂高度這兩種調整方式的發電量和/或成本進行計算，選擇發電量高和/或成本低的調整方式。