[发明专利]复杂地形下提高风能利用的方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电场工程设计技术领域，尤其涉及一种复杂地形下提高风能利用的方法。

背景技术

根据IEC 61400-1：2005[1](国际电工技术委员会标准)的规定，50年一遇10分钟最大风速和平均风速是决定风电机组极限载荷和疲劳荷载的关键指标，也是风电场开发中风电机组选型和经济效益评估的关键指标之一。空气流动的动能作用在风力机风轮上，推动风轮转动变成电能，风轮直径越大发电量越多，但承受极限强度越大。国标《风力风电机组安全要求》(GB18451.1-1)根据风电场风速和湍流参数，将风电机组分为Ⅰ～Ⅳ级安全等级，Ⅰ级为最高，承受最大风速也最大。风电机组制造商主要通过改变风轮直径来满足风电机组安全要求，Ⅰ级风电机组风轮直径相对最小。

在复杂地形(高差较大的山地)风速随相对高度变化比较显著，不同高度位置处的风速有较大差别，相对位置较高处的最大风速和平均风速较高，但为保证风电机组安全，往往通过减小风电机组风轮直径来满足风电机组安全要求，这样风电机组发电量降低很多，没能充分利用风能资源。例如根据50年一遇10分钟最大风速统计结果，发现绝大多数风能资源较好的风电场都处于风电机组安全等级为Ⅲ级范围内，但在复杂地形下，经常出现风电机组安全等级为Ⅱ级的风速，这样在确定的风场范围内，出现风电机组安全等级为Ⅱ和Ⅲ级的风速。对于出现风电机组安全等级为Ⅱ和Ⅲ级风速的风电场，为了适应风电机组的安全性要求，通常做法是选择较高的Ⅱ级安全风电机组机型，Ⅱ级安全风电机组较Ⅲ级安全风电机组风轮直径小，相应利用风能资源的能力低，风力发电量降低。针对出现风电机组安全等级为Ⅱ和Ⅲ级风速的风电场，选择风电机组安全等级较高机型，未充分利用风能资源。本发明是在不减小风电机组风轮直径来满足安全要求方法或者对满足安全要求的风机增加风轮直径，提高风能资源利用率。

发明内容

本发明是通过调整风电机组轮毂高度以改变风力机处的风速，而不提高电机组安全等级，解决了适应风电机组的安全性要求；或者对满足安全性要求的风机增加风轮直径，提高风能利用。经统计，通过调整风电机组轮毂高度来满足安全性要求相对缩小风轮直径带来更好的收益；对满足安全性要求的风机增加风轮直径实现最大利用风能资源。通过调整风电机组轮毂高度和风轮直径，实现最大利用风能资源，提高风电机组发电能力，从而获得最佳发电量。

为此，本发明提出了一种复杂地形下提高风能利用的方法，该方法包括：一种复杂地形下提高风能利用的方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1，获得风电场内各风电机组位置处50年一遇最大风速和平均风速数据；步骤S2，根据步骤S1中获得的数据，确定各风机是否满足安全性要求；步骤S3，根据步骤S2确定的结果，在满足安全性要求的范围内调整各风机的风轮直径和轮毂高度。

根据本发明方法的一个方面，该方法还包括步骤S4，对整个风电场进行分析计算，获得各个风电机组位置处的风轮直径和轮毂高度。

根据本发明方法的一个方面，步骤S1具体包括：根据具有代表性的风资源、区域地形图、风电机组资料、风机布置方式和相关气象资料，利用风能专业计算软件计算计算不同位置处的50年一遇最大风速和平均风速数据。

根据本发明方法的一个方面，步骤S2具体包括：根据步骤S1获得的数据，判断哪些风机满足安全性要求，哪些风机不满足安全性要求，判断方法为根据各个风机位置处50年一遇最大风速和平均风速数据，判断各个风机是否位于所述50年一遇最大风速和平均风速数据对应的安全等级范围内，若位于所述范围内，则满足安全性要求，否则不满足安全性要求。

根据本发明方法的一个方面，步骤S3具体包括：对于满足安全性要求的风机，增加风轮直径或增高轮毂高度以提高风能利用，对于不满足安全性要求的风机，减小风轮直径或降低轮毂高度以满足安全性要求。

根据本发明方法的一个方面，步骤S3还包括：对于调整后的风轮直径或轮毂高度进行安全性判断，根据分析结果调整风轮直径或轮毂高度至满足安全性要求的范围内。

根据本发明方法的一个方面，步骤S4具体包括：(1)对于最大风速满足要求，部分平均风速较低的位置通过增加风轮直径来提高风能资源利用时，分析增加风轮直径引起的尾流增加并与未增加风轮直径前的发电量进行比较，根据比较结果调整风轮直径；(2)对于最大风速满足要求，部分平均风速较高的位置通过缩小风轮直径或者降低轮毂高度来满足风机的安全性要求，分别对缩小风轮直径和降低轮毂高度这两种调整方式的发电量和/或成本进行计算，选择发电量高和/或成本低的调整方式。