作者：张小雷，高崇伦，吴爱国

（1.安徽龙源风力发电有限公司，滁州 239200；2.浙江舟山启明电力建设有限公司，舟山 316000）

 

0 引言

随着全球化石能源（煤、石油、天然气等）的逐渐短缺以及日益严峻的气候变化形势，风能作为清洁、高效的可再生能源得到世界各国的重视和开发利用[1]。目前，我国风能开发主要集中在风能资源丰富的高风速区域。此类区域风能资源虽丰富，但由于经济欠发达,无法消纳足够的风电资源，常出现弃风现象，需通过建设坚强电网实现大容量的风电送出。且目前风电开发仅集中在风能资源丰富区和较丰富区，这部分区域分别占全国面积8%和18%，主要集中在三北地区(东北、华北、西北)和东南沿海等地，可开发地域面积较小[2]。因此，人们逐渐将视野移向幅员辽阔的低风速区域。

目前，所谓“低风速地区”在国内一般被认为是国家气象局发布的我国风能三级区划指标体系中第三级区域，即为风能可利用区。全国范围内风能可利用区面积约占全国面积的50%[2]。与高风速区域相比，低风速区域开发风电存在以下优势：

（1）可开发面积广，开发潜能巨大；（2）接近负荷中心，不存在远距离送出，降低送出成本。电网条件好，低风速风电既可并网，也可离网就地使用，运行方式灵活方便；（3）低风速风电运行维护费用低、度电成本低，且低风速风电单位造价也会随着推广规模的不断扩大而降低[3]；（4）电价高，增大了开发商的盈利空间。值得一提的是，各地方响应国家号召进行新能源产业的布局，很多地方如山东、湖北等地，在标杆电价基础上还有财政补贴。

1 来安风电场基本情况

来安县地处皖东、江淮之间，为江淮分水岭，风能资源较丰富[4]。来安风电场是国内首个低风速风电场，也是安徽省首个风电场。风电场80m风功率密度等级为1 级，风电场年可利用风速小时数较多，70m高度在3m/s～25m/s年小时数为7600h，在4m/s～25m/s年小时数为6600h。来安风电场位于来安县北部低山丘陵地区，分五期建设，总装机247.5MW，共有165台单机1.5MW风电机组，其中132台A87/1500机组和33台B86/1500机 组。2011年1月6日，风电场首台机组并网发电。由于安徽省风电开发规模小，截至2012年年底，安徽省统调机组约25000MW，其中风电装机规模为300MW，风电装机占比仅为1.2%，占比较小，而且风电场附近有600MW琅琊山抽水蓄能电站，电网具有很强的调峰能力。自来安风电场投运以来，所发电力全额上网，就近消纳，没有发生过限出力情况[5]。

2 来安低风速风电场运行分析

2.1 风电场运行概述

来安低风速风电场自投产以来，风电机组运行稳定，取得了一定的经济效益。2012年1月－12月，风电机组全场平均可利用率98.78%，风电机组运行平稳，故障率较低，发电设备装机平均等效满负荷小时数和平均净上网小时数与可行性研究报告基本持平，全场综合厂用电率为2.46%。风电场选用两个厂家的风电机组，一、二、三、五期采用A公司A87/1500机组，四期采用B公司B86/1500机组。

2.2 相对海拔高度对发电量的影响

风电场模拟软件显示发电量随海拔变化趋势不明显。本文统计了不同海拔下实际运行中各机位实发小时数，并与交底电量进行对比，发现实际发电量随相对海拔上升增加较明显，如图1所示。通过曲线拟合，发现实发小时数与海拔高度成一次线性关系，其斜率为5.16，即海拔每下降10m，发电小时数平均下降51.6h，如图2所示。本结论为后续低风速风电项目测风塔数据数量不足或代表性欠缺提供了修正经验。

2.3 森林（粗糙度）对发电量的影响

根据实地踏勘记录和卫星照片，将A公司生产的四期132台风电机组分为有树林和无树林两类地貌。统计两类地貌下的机舱风速和发电量如表1所示。对比发现，在平均海拔基本相当的前提下，有树林机位的机舱平均风速要比无树林机位低0.12m/s，实发小时数约200h，而各种风电场模拟软件均未能反映出这一趋势。同时，树林对发电小时数的影响效果要比对平均风速的影响大，这说明低风速风电场中的植被不但影响了平均风速，而且使得风频、风向、风切变等参数朝着不利于发电的方向发展。分别对比不同海拔、两种地貌下机位的平均发电小时数，如图3所示。可见，几乎在所有海拔下，有树林机位的发电小时数都要比无树林机位低。

图1 交底小时数和实发小时数随相对海拔高度变化曲线图

图2 实发小时数与海拔相关关系图

表1 有树林和无树林地貌下风速、发电量统计

图3 不同海拔下两种地貌机位小时数对比图

图4 1号风电机组在不同风切变下风电机组功率曲线图

2.4 风切变对功率曲线的影响

选取2012年3月1日—6月30日1号风电机组SCADA功率和对应同时段生产测风塔10m～80m风切变数据，做出不同风切变下功率曲线图。如图4所示，在大部分风速段,功率曲线随风切变增大而降低，在风速接近额定风速左右情况正好相反。风切变值的大小和地面粗糙度、大气稳定度等有较大关系。一般来说粗糙度越大，风切变越大，越不利于风电机组发电，这一结论和前文地面粗糙度对风电机组发电能力有较大影响的结论相吻合。

2.5 湍流强度对功率曲线的影响

为探索湍流强度对功率曲线的影响，本文选取2012年3月1日－2012年6月30日，1号#风电机组SCADA功率和对应同时段生产测风塔80m高度湍流强度值，做出不同湍流下功率曲线图。如图5所示，风速在8m/s以下，功率曲线随湍流强度增大而增大。风速大于8m/s以上时，情况正好相反。湍流强度的大小和地面粗糙度、大气稳定性和障碍物等有较大关系。就低风速风电场来说，低风速段风能所占比例较大，故湍流强度越大越有利于风电机组发电。这和A公司提供的理论状态下不同湍流强度对应的功率曲线结论相吻合。

3 总结

高风速地区建设风电场受到资源、规模等限制，在不少省（市、自治区）不同程度出现了风电送出和运行限电的情况[6]。而低风速区域可开发面积大，靠近负荷中心，完全被电网吸纳等优点会成为未来风力发电的一个趋势。

图5 风电机组在不同湍流强度下风电机组功率曲线图

本文针对国内首个低风速风电场—来安风电场，从风电场的相对海拔高度对发电量影响、森林（粗糙度）对发电量的影响、风切变和湍流强度对功率曲线的影响等四个方面进行分析，总结了运行规律和特点，为今后低风速风电场建设提供了参考经验。

摄影：陈伟荣

[1]Gadian,A.;Dewsbury,J.Directional persistence of low wind speed observations.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2004,92(12):1061—1074.

[2] 张志英, 赵萍, 李银凤, 刘万琨.风能与风力发电技术[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3] 蒯狄正,李群, 江林.低风速风力发电技术研究[J] 2009, 11(28): 4-10.

[4] 王清,许斌.安徽省风力电场规划[J].电力经济技术,2006,12 (6): 48-50.

[5] 吴功高,叶中雄,姚明等.安徽电网接纳风电能力的分析研究[J].华东电力,2011, 39(6):997-999.

[6] 秦海岩.现阶段我国风电行业面临的主要问题综述[J].风能,2012(12): 58-61.