风电技术论文(2)
风电技术论文篇二
风电工程技术及经济性分析
摘要：风能是非常重要并储量巨大的能源，它安全、清洁、充裕。由于风力发电过程不消耗矿产资源，不排放污染物和温室气体，因此，利用风力发电已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，发展速度日益加快。 近些年来，我国的风电发展速度相当快，目前为止，我国可以独立运行的小型风电机组已达到20万台，居世界之最。文章主要叙述风能资源的形成、风电场的选址设计、风场发电机组的设计、风电场的施工建设、风电场的运行及维护等技术分析及风电场的经济性评价。
关键词：风能资源;风力发电机;运行与维护;经济性评价
中图分类号：TM315文献标识码： A
随着环境污染的日益严重，传统能源的日益衰竭，可再生能源的开发和利用受到了很多学者的青睐。风能是非常重要并储量巨大的可再生清洁能源，它安全、清洁、充裕，其在电网中的比例也越来越大，然而与一些传统的电源相比较，风力发电具有间歇性、波动性、随机性的特点，大规模风电并网后将严重影响电力系统的电能质量和安全稳定运行。因此，有必要对风电接入电网的经济性作比较细致的分析，以推动了可再生能源的发展。
1 风电现状
从20世纪80年代以来，风力发电技术得到迅速发展，与传统发电方式相比其技术成熟度和经济性能也可以相媲美。在国外，风力发电每年要以30%以上的速度增长，在我国，通过几个五年计划的发展，风电也已经具有一定的基础和经验。2003年国家水利部部长汪恕诚题词：“风电是绿色能源，发展风电是实施能源可持续发展战略的重要措施。风力发电，大有可为。”这说明了国家对我国风电事业的支持。近些年来，我国的风电发展速度相当快，目前为止，我国可以独立运行的小型风电机组已达到20万台，居世界之最。
2 风电技术
2.1 风能资源
风的形成我们大多人都了解，就是空气流动的结果，空气之所以流动，就是地球绕太阳运动的结果，在转动过程中，由于太阳离地球的距离和方位的不同，地球上各地方各纬度所接受的太阳辐射不同、强度不同、温度高低不同，这种就形成了温度差，温差形成了不同地方间的气压不同，这样就形成了气体的流动。风能资源除了大气流动，还有就是季风和局地环流。
2.2 风力等级
风力等级也就是风的速度值等级，是一种风力强度值，风越大强度越大，风速越大，等级也就越高。根据1946年修订的“蒲福风级”可以分为静风、软风、轻风……等17个等级，并可以根据一定的关系来计算风速确定风级：VN=0.1+0.824N1.505，其中，N为风的级数;VN为N级风的平均风速(m/s);同时也可以计算风的最大、最小风速，计算公式为：VNmax=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56;VNmin=0.824N1.505+0.56。
2.3 风的测量
气象台、站所提供的统计数据大多情况下只是较大区域内的风能资源情况，作为风力发电场选址的就不够精确，所以当风力发电场在风场选址时，要采用高的自动测风系统。测风系统可以分为传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置共六个部分。
2.4 风电场场址的选择
建设风电场前期工作是一项综合的过程，需要考虑很多方面的情况和影响，包括风电场的选址、风资源的评估、风电场的设备设计及选型、装机容量设计和确定、后期扩建等等。风电场的场址选择首先要考虑风资源情况，对风能资源进行评估，风能情况是风场发电经济性能的一个重要指标。选择场址是一个宏观过程，需要从一个较大的地区，考查气象条件，选择一个风资源丰富，而且最有利用价值的小片区域，这片小区域就是风力发电机组安装场地。场址的选择好坏直接影响到风场后期生产的经济性能。
2.5 发电机组技术
场址选择完成后，要对风场建设的发电机组进行设计工作，包括风场的总体设计、基础设计、变压器的选择、变电站设计、架空线路设计和中控楼及其他建筑的设计，还包括入场道路、场内道路及绿化等的设计。招标完设计单位，对发电机组进行设计，选择机组类型等。
风力发电机包括风轮、机舱、塔架和基础四个部分，风轮主要是通过叶片和轮毂获取风能的设备;机舱装有风速和风向传感器及隔音和通风装置的设备;塔架是支撑机舱和风轮的高度的部分;基础是固定作用的装置。
3 风电场的经济性能
评估一个风电的经济性能，首先要研究风电场的成本，包括建设成本、运行成本、财务其他费用的支出等，影响一个风电场的经济因素主要有风资源情况、风机特性情况、投资收益率和投资回收期、上网电价等。根据风电场的容量大小，生产发电机的成本大小也较有所不同，容量越大，需要的发电机越多，生产的风机越多，其成本也就越低。
风电成本可以分为基础建设期、生产运行期两个阶段研究，在基础建设期需要研究风电场建设的总投资，包括固定资产投资(又分为设备投资、建筑投资、安装投资、联网工程投资、其他费用投资、预备费用投资)、建设期贷款利息等财务费用投资、流动资金的投资。生产运行期的投资包括经营成本(含维修费用、工资福利费、保险费用、材料费、管理费)、折旧费用、摊销费和利息支出。
进行风电经济性研究的主要指标有风电场的单位千瓦造价、单位千瓦时投资成本、财务内部收益率、投资回收期、财务净现值、投资利润率、投资利税率、资本利润率和资产负债率等经济指标，主要是对这些指标进行计算、对比、评价、分析的研究过程，下面为风电场的单位千瓦造价、单位千瓦时投资成本的分析计算公式：
风电场的单位千瓦造价=总投资/总装机容量(元/kW)，就是风电场电机系统每发一千瓦时的投资成本，此单价中包含了建设期的设备费、安装费、建筑工程费、前期费及其他费用等等。
单位千瓦时投资成本=(年固定费+运行维护费+大修费)/每年的发电量(元/kWh)，是指在寿命期内每生产出一千瓦时电量所需要的投资费用。它包含折旧费、利息、人工、管理、税金、维护费、使用期内的大修费
用等。
4 风电经济性的影响因素
发电量是最主要的影响因素之一。发电量的风电场收入的来源，直接影响风电场的经济性能，它的影响因素主要为风资源、电场发电机布置情况、机组选型、运行管理的水平及当地限电情况。其他影响因素还有投资情况、融资成本、运行成本及当地税收政策等。
人们通常认为提高风与负荷的关系是可以受价格响应，但却忽视了风电场的发电情况同时也会对当地电价产生一定程度的影响这一因素，其实风电变化和价格响应是相辅相承的关系。所以在大规模风电项目评价分析上，应考虑风电上网对地方电价、用户价格的影响，它会影响电力系统的经济运行，例如风电的入网对传统火电机组的分配和调度、电力系统的运行成本及CO2的排放情况的影响，同时需要考虑的是为了尽量降低这些影响，而且付出的经济成本。
风机选型，基本上都是按照变浆距风力发电机的最大功率捕获原理进行评价，从风速切入到额定风速这一过程的评价中，为得到发电机的工作工部最优化，大多都是通过变浆技术来得以实现，而且从现场实际风速统计分析可知，这一工况下是发电机运行最多、出力最多的时段，即最优风能捕获是从风速切入时到发电机达到额定功率时。另一方面，风机选型也是风电项目固定资产投资中对投资影响最大的部分，相互间接组合方案和规模大小都是非常主要的因素。通过对选型的多方案比较，得到设备选型与项目规模的最佳配合，并采用适当的组合方案，就可以实现对风电设备投资的控制、风电设备的可利用率等主要经济的理想指标。
5 结语
风电场的技术和经济性都还有很大的提升空间，作为无污染、可再生的能源，具备很好的经济性，实用价值高，故它成为目前最受关注的发电项目，也是风电迅速加快发展步伐的最重要的因素。
【参考文献】
[1]阿瑟劳斯・泽尔沃斯.全球风电发展及展望[J].中国能源，2008.30(4)：23-28.
[2]李俊峰等.风光无限-中国风电发展报告[M].北京：中国环境科学出版社，2011.
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