风力发电科普知识系列三

什么是电 ？

电 指的是由变电站、电缆和架空天线组成的输配电 络 ， 其目的是为了从发电厂传输和配送电力到所服务地区的电力用户。

风机并 需要考虑哪些方面？

　　1. 电力质量- 无功功率，开关操作时的电压波动（切入开机、切出停机），运行时的电压波动（例如，风速变化 ） 。

　　2.低电压过渡-电 可能会有瞬间电压下降的现象。在某些国家，低电压过渡要求指定了在某些电压下降值的情况下，风力发电机不可以脱离电 。

　　3. 电 故障时，风力发电机送出的故障电流。

并 运行模式的规模划分

　　风能是一种波动不稳定的能源 ， 如果没有储能装置或与其他发电装置互补 ，风力发电装置本身难以提供连续稳定的电能输出。而大型风机与电力 并 运行则可解决此问题。 对应于风力发电机组的规模，通常有三种运行方式：

　　A. 大、中 型 风力发电机组 (100千瓦 以上 ) 与电力 并 运行 ;

　　B. 小型风 力 发电机 (10 千瓦到100千瓦 ) 与柴油发电机或其他发电装置并联互补运行；

　　C. 微型风力发电机(10千瓦以下)主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行。所以，与就近的电力 并 ，是风电场*常见的运行方式选择。

风力发电机的并 有什么好处？

　　风力发电其固有的趋势规律很适合并入电 系统，为电力 负载能力曲线起到填谷补偿作用：

　　1. 适合每日电力消耗的规律：典型的天气模式是晚上风小，白天风比较大；

　　2. 适合季节性电力消耗的规律： 夏天的风通常比冬天的风弱；而电力消耗正好也是一般冬天比夏天来得大。（在寒冷的冬季，电力加热和风能结合是一种理想的方式，因为房屋寒冷降温的状况，是随风的速度变大而严重，而风机电能的产生正好也随风速变大而增加。）

什么是“防孤岛功能”

　　风场发电系统并 时都应该备有防孤岛功能，当附近一带电 失去主要电力供应时，自动把可再生能源发电系统和电 脱离。在直接并 的情况下，防孤岛功能的作用，主要是避免风场发电系统继续向已经失去主要电力供应的电 部分提供电力，形成一个脱离主电 的「岛屿」。在间接并 的情况下，防孤岛功能的作用，主要是避免风场发电系统继续向已经失去主要电力供应的场地配电系统提供电力。亦防止风场发电系统向电 逆向施加电压。防孤岛功能的动作时间要求比较短，为了避免影响到电 里断路器自动开关或者自动重合的动作。

风力发电机并 运行的模式及其特点（根据发电机划分）
　　恒速恒频的同步发电机并 运行模式
　　 并 条件 ：需满足风力发电机的端电压等于电 的电压；风力发电机的频率等于电 的频率；风力发电机的相序与电 的相序相同才可并 。

　　运行特点：

　　1. 并 过程通常可以使用计算机自动检测，操作。对风力发电机的调速装置要求较高，成本较贵。

　　2. 并 时能使瞬态电流减至*小，从而让风力发电机组和电 受到的电流冲击也*小。

　　3. 当风力发电机组功率保持不变时，通过调节励磁电流 , 不仅能向电 发出有功功率，而且能向电 发出无功功率，有助于提高电 的供电能力。

　　4. 对并 时刻控制要求精确，若控制不当，则有可能产生较大的冲击电流，以致并 失败。

　　恒速恒频的感应发电机并 运行

　　并 条件：感应发电机的相序必须和电 相序相同，并 时发电机转速应尽可能接近电 同步转速。（这样冲击电流才能快速衰减）

　　运行特点：

　　1. 并 过程比较简单，感应发电机并 时自身不产生电 压，但是合闸瞬间会流过额定电流值5~6倍的冲击电流，一般零点几秒后才转入稳态。

　　2. 目前在较大型的风力发电机组中，常采用的是双向晶闸管软并 。

　　3. 通常需要采用电容器进行适当的无功补偿。

　　变速恒频的同步发电机交 — 直 — 交 系统并 运行

　　运行特点：

　　1. 可以使风力发电机组在很大风速范围内按*佳效率运行, 可实现*大功率输出控制。

　　2. 因为采用频率变换装置进行输出控制，并 时不会对系统造成电流冲击；

　　3.同步发电机的工作频率与电 频率是彼此独立的，叶轮及发电机的转速可以变化，不会发生同步发电机的失步问题 ;

　　4. 由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，会产生高次谐波电流流向电 ;

　　变速恒频的磁场调制发电机系统并 运行运行特点：可以使风力发电机组在很大风速范围内按*佳效率运行,可实现*大功率输出控制。 输出电压的频率和相位取决于励磁电流的频率和相位，而与发电机轴的转速无关。
 

　　变速恒频的双馈发电机系统的并 运行 运行特点：

　　1. 可以使风力发电机组在很大风速范围内按*佳效率运行 , 可实现 * 大功率输出控制。

　　2.发电机定子三相绕组直接与电 相联，转子绕组经交/交循环变流器联入电 。风力发电机接近同步转速时，由循环变流器对电压、频率和相位进行控制，并 时基本上无 电流冲击。

　　3.风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相应的调整，使风力发电机组以*佳叶尖速比运行，产生*大的电能输出。

　　4.通过对励磁电流的频率、幅值和相位的调整。可保证风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力，调节励磁时不仅调节无功功率，也可以调节有功功率。

影响风电项目投资收益的几个因素

测风：

　　在项目开发实践中，测风时间短，测风点不具有代表性，都可能造成业主错误地估计项目点的发电量，造成经济汇 不能达到预期。 测风时间短： 由于风速通常以年为周期变化，因此按照规定，每个项目点的测风时间***需要测一年。但在实践中，在我们国家很多地区，同一项目点的同一测风塔实际年与年之间的测得的风速还是有变化的，很多地方年与年之间的风速变化甚***过了1 米/ 秒 。 而1 米/秒的风速差异造成的一台600千瓦的风电机组一年发电量差异达到 20 万千瓦小时。消除这种差异的方式是必须利用其他气象测站的长期数据做相关性分析，得到常年平均风速。但在实践中，由于风电场区域往往由于地处偏僻，周围没有气象站。 因此很难得到常年平均风速。而且一些项目往往在没有测满一年的情况下，仓卒决定上马。这样后期的经济效益更加难以保证。测风点不具有代表性：一般要求，风电场的测风应该在位于风电场中央地势开阔，比较具有代表性的地方设立测风塔。但是由于一些地形比较复杂的地方，比如山地，为了能让测风减少周围地形和障碍物的干扰，往往会把测风塔设立在山顶上。而实际在排布风电机组时却不可能把风机都排布在山顶上，这个点测得的风速相对于全场其他位置的风速偏大， 因此直接 用这个风速代表整个风电场风速来估算发电量，显然偏离了实际。

设备选型因素：

　　通常我们在设备选型中需要考虑很多因素，如设备的价格，技术先进性等等。在实践中，往往由于对风电设备不熟悉，选择了一些不合适的设备，给业主造成了很大的损失。在我国的风电项目中，不但出现了对国外设备厂家不了解，采购回来的风机设备不能用的情况 ，也出现了合同执行过程中由于设备厂家破产致使合同无法执行的问题。给投资方造成了巨大损失。因此在设备选择过程中，应对设备供应商进行充分考察，选择优秀讲信誉的供应商，同时选择成熟可靠的设备，这样才能在根本上解决投资商的稳定回 。

运行维护：

　　风电项目的投资回收期比价长，往往都在7年以上，很多项目回收期都超过10年，因此在此期间保证设备稳定运行***重要，除了选择好的设备，运行维护水平也很重要。风电机组长期在恶劣环境中运行，必须进行很好的保养，才能保证设备长期稳定。风电设备涉及的零部件众多，受风机制造商产品更新换代的影响，大多数整机在若干年后都已经停产，其中的很多零部件都很难继续采购，需要设备运行方去改进更替，以保证设备长期正常运行 。 如果 没有好的运行队伍 ， 必然造成设备长期的运行可靠性，从而影响业主的投资收益。因此风电厂在建设的同时，建立非常*的运行维护队伍也***重要。目前在欧洲非常流行的请*公司代维不失为一种抗风险的好形式，相信这种方式也将在我国得以推广，目前国内已经有一些比较早期进入风电行业的公司开始提供这种服务，取得很好的效果。

风电项目的投资构成是什么？

　　风电项目的投资主要是由以下部分构成： 风力发电机组

　　土建工程； 电气工程； 安装工程； 财务成本；

　　其他（含征地、设计勘测等）

　　以上各项内容所占比例如下图：

　　从上图可以看出，风力发电机组对总投资的影响非常大，开发商应予以充分重视。

风力发电项目的度电成本

　　风力发电项目的发电成本主要包括折旧费用 、 财务费用 、 运行维护费用等 。上述各项费用所占比例如下图。

功率曲线与发电量

　　功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一 ，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。其实，评价一种机型功率曲线的好坏不应单纯地只关注那些图表中所给定的“风速－功率”对应值，还应根据现场情况进行具体分析：风力机组的功率特性关键取决于叶片的气动特性和机组的控制策略。众所周知，叶片的气动 设计实际上是一个优化的结果，受其他条件限制，无法达到所有风速工况下效率均*好的目标。而机组实际运行的外部条件可能与设计存在较大差异 ，因此需要采取技术措施以实现发电量*大。一般来讲，失速型机组应根据风频分布调整合适的安装角，使风频*高的风速段出力*好。而变桨距机组则应根据湍流等风速特性优化控制策略。因此为了追求发电量优化的目标，实际的功率曲线与理论值会存在一个合理的偏差。

风资源状况的评价指标

　　定义：年平均风速：以测量记录的风速计算出的某一高度的年度平均风速。风功率密度：气流垂直通过单位面积的风的能量，单位：W/m2年有效风速小时：在一年之中风速在3m/s-20m/s之间出现的累积时间。年有效风能功率密度：根据年有效风速范围内采集到的数据计算出单位垂直面积的风的能量。

备注：

　　（1）表中数据，不同高度的年平均风速参考值按风切变指数为 1/7 推算 。

　　（2）与风功率密度上限值对应的年平均风速参考值，按标准大气压， 按瑞利风频分布进行推算。

　　上述表1用于小区域内风能资源的评价，主要是指针对实际测风数据进行评估的指标。

　　表2用于大区域内风能资源的评价，针对还未安装测风塔利用气象站数据对一个地区风能资源进行评价时使用。