[发明专利]一种高海拔山地风电场提高风能利用率的方法及其系统

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，具体涉及一种高海拔山地风电场提高风能利用率的方法及其系统。

背景技术

能源与环境是当今世界各国所面临的两大课题，开发环境友好型的可再生能源是能源发展的主要方向。作为一种高效清洁的可再生能源技术，我国的风力发电受到了国家的高度重视，在先后制定的“新能源中长期规划”和“新能源振兴发展规划”中都强调要大力扶持风电产业的发展。振兴规划规定，到2020年，新能源投资将达4.5万亿元人民币，风电总装机规模从中长期规划的2000万千万提高至1.5亿千万。2014年我国新增装机23351MW，占全球新增装机容量的45.2％，位居全球第一；2014年我国累计装机114763MW，占全球累计装机容量的31％，也是位居全球第一。随着全国风能资源普查的深入和技术的长足进步，我国西南部的云、贵、川及西藏地区等高海拔山区的风能资源开发得到了快速发展。

根据DL/T5383-2007(风力发电场设计技术规范)的要求，风力发电机组布置尽量紧凑规则整齐，有一定规律，以方便场内配电系统的布置，减少输电线路的长度。风力发电机组按照矩阵布置，行必须垂直风能主导方向，同行风力发电机组之间距离不小于3D，行与行之间距离不小于5D，各列风力发电机组之间交错布置以有效降低风电场的尾流影响。然而，高海拔山地风电场地形地貌复杂，成风机理差异较大，而且气候条件多变，该规范的布机间距要求往往不适用于高海拔山地风电场。尤其在高海拔山地风电场的建设尚处于探索阶段的几年，布机间距往往超过该规范的要求，有些甚至达到“行距10D，列距4D”，随着技术的发展，布机间距正慢慢趋于合理。另一方面，在高海拔山地风电场建设之初，都是选择一些风能资源较好的场址优先开发，然而受制于当时的风机技术和交通运输条件，安装的机组往往容量较小，有些仍是750kW的机组，叶轮直径也比较小。大间距和小容量使得原本较好的风能资源条件没有得到有效利用，造成了一定程度上的浪费，没有达到最优的环保效益、社会效益和经济效益。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术难题而提出的一种高海拔山地风电场提高风能利用率的方法及其系统。

采用垂直轴风机和水平轴风机混装以提高风电场的风能利用率，尤其适用于已建或在建高海拔山地风电场的技术改造。水平轴风机分为上风向风机和下风向风机，上风向风机需要叶轮始终面向风吹来的方向，而由于控制系统的滞后性和风向的多变性或多或少存在一定的对风损失；而下风向风机流过叶轮的风经过塔筒后由于塔影效应的作用也会造成一定的损失。而垂直轴风机的叶轮转轴与风向成直角(大多数与地面垂直)，如达里厄型、萨渥纽斯型或涡轮型等，由于垂直轴风机对于任何方向的来风都可以旋转，所以不需要偏航装置以对风。另一方面垂直轴风机的发电机、齿轮箱放在底部，重心低、稳定、维护成本低，而且塔架低矮也降低了成本。另一方面垂直轴风机的叶轮和塔架尺寸均小于已安装的水平轴风机，新增垂直轴风机可直接采用原有进场道路、场内道路和送出通道等，节省投资并增加发电收益。

本发明的核心内容在于避免大规模新建道路和送出通道的前提下新增垂直轴风机，以提高风电场风能利用率。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种高海拔山地风电场提高风能利用率的方法，该方法的特征在于：该方法采用垂直轴风机和水平轴风机混装以提高风电场的风能利用率，具体步骤为：

S1：输入原始数据，即对拟优化风电场的原始数据进行输入，主要包括：A.测风塔信息：经纬度坐标、海拔高度、各测风高度的风速、风向、气压和气温等长序列实测数据；B.已安装水平轴风机信息：经纬度坐标、海拔高度、实测风速和风向的长序列数据、功率曲线、推力系数曲线以及实际发电量序列数据；

S2：机组选型，通过理论发电量计算和技术经济对比优选4种垂直轴机型，根据输入的测风塔数据和水平轴风机的测风数据，采用专业的CFD软件模拟该风电场内各高度处的风能资源分布；在不考虑风机排布的基础上通过Weibull分布对拟选机型计算理论发电量，并结合市场报价进行技术经济比较，挑选出4种垂直轴机型；

S3：机型筛选，以初拟机位对垂直轴风机和水平轴风机进行三维干涉分析，去除不满足安全性要求的垂直轴机型；初拟机位的选择可设置不同的初选规则，如初选临近两台水平轴风机机位连线的中垂面与山脊的交点；若该交点上风向上存在明显遮挡，则人工进行调整；

S4：机型优选，在初拟机位上采用专业软件对所选机型进行发电量计算和技术经济比选，确定最优垂直轴机型；