一種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源與環(huán)境是當(dāng)今世界各國(guó)所面臨的兩大課題，開發(fā)環(huán)境友好型的可再生能源是能源發(fā)展的主要方向。作為一種高效清潔的可再生能源技術(shù)，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電受到了國(guó)家的高度重視，在先后制定的“新能源中長(zhǎng)期規(guī)劃”和“新能源振興發(fā)展規(guī)劃”中都強(qiáng)調(diào)要大力扶持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。振興規(guī)劃規(guī)定，到2020年，新能源投資將達(dá)4.5萬億元人民幣，風(fēng)電總裝機(jī)規(guī)模從中長(zhǎng)期規(guī)劃的2000萬千萬提高至1.5億千萬。2014年我國(guó)新增裝機(jī)23351MW，占全球新增裝機(jī)容量的45.2%，位居全球第一 ；2014年我國(guó)累計(jì)裝機(jī)114763MW，占全球累計(jì)裝機(jī)容量的31%，也是位居全球第一。隨著全國(guó)風(fēng)能資源普查的深入和技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，我國(guó)西南部的云、貴、川及西藏地區(qū)等高海拔山區(qū)的風(fēng)能資源開發(fā)得到了快速發(fā)展。
[0003]根據(jù)DL/T5383-2007 (風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范)的要求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布置盡量緊湊規(guī)則整齊，有一定規(guī)律，以方便場(chǎng)內(nèi)配電系統(tǒng)的布置，減少輸電線路的長(zhǎng)度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照矩陣布置，行必須垂直風(fēng)能主導(dǎo)方向，同行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間距離不小于3D，行與行之間距離不小于f5D，各列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組之間交錯(cuò)布置以有效降低風(fēng)電場(chǎng)的尾流影響。然而，高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)地形地貌復(fù)雜，成風(fēng)機(jī)理差異較大，而且氣候條件多變，該規(guī)范的布機(jī)間距要求往往不適用于高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)。尤其在高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)尚處于探索階段的幾年，布機(jī)間距往往超過該規(guī)范的要求，有些甚至達(dá)到“行距10D，列距4D”，隨著技術(shù)的發(fā)展，布機(jī)間距正慢慢趨于合理。另一方面，在高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)之初，都是選擇一些風(fēng)能資源較好的場(chǎng)址優(yōu)先開發(fā)，然而受制于當(dāng)時(shí)的風(fēng)機(jī)技術(shù)和交通運(yùn)輸條件，安裝的機(jī)組往往容量較小，有些仍是750kW的機(jī)組，葉輪直徑也比較小。大間距和小容量使得原本較好的風(fēng)能資源條件沒有得到有效利用，造成了一定程度上的浪費(fèi)，沒有達(dá)到最優(yōu)的環(huán)保效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)難題而提出的一種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法及其系統(tǒng)。
[0005]采用垂直軸風(fēng)機(jī)和水平軸風(fēng)機(jī)混裝以提高風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，尤其適用于已建或在建高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)改造。水平軸風(fēng)機(jī)分為上風(fēng)向風(fēng)機(jī)和下風(fēng)向風(fēng)機(jī)，上風(fēng)向風(fēng)機(jī)需要葉輪始終面向風(fēng)吹來的方向，而由于控制系統(tǒng)的滯后性和風(fēng)向的多變性或多或少存在一定的對(duì)風(fēng)損失；而下風(fēng)向風(fēng)機(jī)流過葉輪的風(fēng)經(jīng)過塔筒后由于塔影效應(yīng)的作用也會(huì)造成一定的損失。而垂直軸風(fēng)機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向成直角(大多數(shù)與地面垂直)，如達(dá)里厄型、薩渥紐斯型或渦輪型等，由于垂直軸風(fēng)機(jī)對(duì)于任何方向的來風(fēng)都可以旋轉(zhuǎn)，所以不需要偏航裝置以對(duì)風(fēng)。另一方面垂直軸風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)、齒輪箱放在底部，重心低、穩(wěn)定、維護(hù)成本低，而且塔架低矮也降低了成本。另一方面垂直軸風(fēng)機(jī)的葉輪和塔架尺寸均小于已安裝的水平軸風(fēng)機(jī)，新增垂直軸風(fēng)機(jī)可直接采用原有進(jìn)場(chǎng)道路、場(chǎng)內(nèi)道路和送出通道等，節(jié)省投資并增加發(fā)電收益。
[0006]本發(fā)明的核心內(nèi)容在于避免大規(guī)模新建道路和送出通道的前提下新增垂直軸風(fēng)機(jī)，以提尚風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能利用率。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法，該方法的特征在于:該方法采用垂直軸風(fēng)機(jī)和水平軸風(fēng)機(jī)混裝以提高風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，具體步驟為:
[0009]S1:輸入原始數(shù)據(jù)，即對(duì)擬優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，主要包括:A.測(cè)風(fēng)塔信息:經(jīng)瑋度坐標(biāo)、海拔高度、各測(cè)風(fēng)高度的風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓和氣溫等長(zhǎng)序列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；B.已安裝水平軸風(fēng)機(jī)信息:經(jīng)瑋度坐標(biāo)、海拔高度、實(shí)測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向的長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)、功率曲線、推力系數(shù)曲線以及實(shí)際發(fā)電量序列數(shù)據(jù)；
[0010]S2:機(jī)組選型，通過理論發(fā)電量計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比優(yōu)選4種垂直軸機(jī)型，根據(jù)輸入的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)和水平軸風(fēng)機(jī)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，采用專業(yè)的CFD軟件模擬該風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各高度處的風(fēng)能資源分布；在不考慮風(fēng)機(jī)排布的基礎(chǔ)上通過Weibull分布對(duì)擬選機(jī)型計(jì)算理論發(fā)電量，并結(jié)合市場(chǎng)報(bào)價(jià)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，挑選出4種垂直軸機(jī)型；
[0011]S3:機(jī)型篩選，以初擬機(jī)位對(duì)垂直軸風(fēng)機(jī)和水平軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維干涉分析，去除不滿足安全性要求的垂直軸機(jī)型；初擬機(jī)位的選擇可設(shè)置不同的初選規(guī)則，如初選臨近兩臺(tái)水平軸風(fēng)機(jī)機(jī)位連線的中垂面與山脊的交點(diǎn)；若該交點(diǎn)上風(fēng)向上存在明顯遮擋，則人工進(jìn)行調(diào)整；
[0012]S4:機(jī)型優(yōu)選，在初擬機(jī)位上采用專業(yè)軟件對(duì)所選機(jī)型進(jìn)行發(fā)電量計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定最優(yōu)垂直軸機(jī)型；
[0013]S5:輪轂高度優(yōu)化，采用專業(yè)軟件計(jì)算最優(yōu)機(jī)型在不同輪轂高度下的發(fā)電量，同時(shí)進(jìn)行三維干涉分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定最優(yōu)輪轂高度；
[0014]S6:機(jī)位尋優(yōu)，在初擬機(jī)位兩側(cè)的求解域內(nèi)搜索，在滿足安全性的前提下，以發(fā)電量最大為目標(biāo)求解最優(yōu)解，確定最終機(jī)位。
[0015]—種高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征在于，包括:用于輸入風(fēng)電場(chǎng)工程的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入模塊，存儲(chǔ)業(yè)界各種垂直軸風(fēng)電機(jī)組的功率曲線、推力系數(shù)曲線和市場(chǎng)價(jià)格等設(shè)備參數(shù)的機(jī)型數(shù)據(jù)庫，在機(jī)型數(shù)據(jù)庫中選擇最優(yōu)機(jī)型并在機(jī)位求解域中尋找最優(yōu)機(jī)位的機(jī)位機(jī)型優(yōu)選模塊，還有用于計(jì)算結(jié)果的整理和輸出的數(shù)據(jù)輸出模塊。
[0016]該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸入模塊中參數(shù)的輸入方式有兩種:A、按固定的格式導(dǎo)入，B、在系統(tǒng)上設(shè)的人機(jī)交互界面手工輸入。
[0017]該系統(tǒng)中的機(jī)位機(jī)型優(yōu)選模塊設(shè)計(jì)有與專業(yè)的發(fā)電量計(jì)算軟件和三維分析軟件的交互接口。
[0018]該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸出模塊可按照固定的格式輸出分析報(bào)告，也提供有允許人工輸入和修改的交互接口。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]1、采用垂直軸風(fēng)機(jī)和水平軸風(fēng)機(jī)混裝以提高風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，尤其適用于已建或在建尚海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的技術(shù)改造，可有效提尚尚海拔山地風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，進(jìn)而提高風(fēng)電場(chǎng)工程的環(huán)保效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；
[0021]3、垂直軸風(fēng)機(jī)的葉輪和塔架尺寸均小于已安裝的水平軸風(fēng)機(jī)，新增垂直軸風(fēng)機(jī)可直接采用原有進(jìn)場(chǎng)道路、場(chǎng)內(nèi)道路和送出通道等，節(jié)省投資并增加發(fā)電收益。
【附圖說明】
[0022]圖1為所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法的示意圖；
[0023]圖2為所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的方法的流程圖；
[0024]圖3為所述高海拔山地風(fēng)電場(chǎng)提高風(fēng)能利用率的系統(tǒng)的模塊圖；
[0025]其中:1.數(shù)據(jù)輸入模塊；2.機(jī)型數(shù)據(jù)庫；3.機(jī)位機(jī)型優(yōu)選模塊；4.數(shù)據(jù)輸出模塊；
5.水平軸風(fēng)機(jī)；6.垂直軸風(fēng)機(jī)；7.山脊。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及