低风速平原风电场风资源开发分析

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 湖南 长沙 410014)

低风速平原风电场风资源开发分析

康家瑞

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014)

“低风速地区”在国内一般被认为是国家气象局发布的风能三级区划指标体系中的第三级区域，即风速在6到8米/秒之间，年利用小时数在2000小时以下的风电开发地区。据了解，目前国内可用的低风能资源面积约占全国风能资源面积的68%左右。在风能资源较好地区的风电开发趋于饱和的背景下，低风速区风场开发逐渐引起各方关注。加快低风速地区风能资源的开发和利用，对实现我国2020年可再生能源目标具有重要的意义。本文以国内首个低风速风电场为例进行分析，总结了低风速平原风电场运行规律和特点，以期为我国低风速平原风电场建设提供借鉴。

低风速风电场;风资源开发

一、前言

随着全球化石能源(煤，石油，天然气等)逐渐短缺和日益严峻的气候变化形势，风能作为绿色高效的可再生能源一直受到世界各方的关注。目前，中国的风能发展主要集中在风能资源丰富的高风速区域，高风速地区建设风电场受到资源、规模等因素的限制，在不少省(市、自治区)以期为我国低风速平原风电场建设提供借鉴。

二、低风速平原风电场开发现状

相比欧洲而言，美国、日本和我国的风力资源都具有年平均风速较低的特点。美国于2002年就已经开始低风速风电开发技术的研究，并计划到2012年把陆上风力发电的成本降到3美分/kWh。目前，我国对低风速地区风能资源的开发投入力度不断增加，并且应用了一系列技术对风电机组进行了改进。对风电机组的改进主要是通过加大风轮直径来降低发电成本，低风速风电开发的关键技术是提高风电机组在低风速环境下的风能利用率、降低发电成本。因此，高效、低成本的低风速风电机组是低风速地区风能资源开发利用成败的关键。

目前，全国所谓“低风速地区”，约占全国风能总面积的50%。与风速较高的地区相比，低风速平原风电场地区风力发电具有以下优势；(1)可开发的面积大，发展潜力巨大;(2)靠近负载中心，没有远距离传输，运输成本低。(3)低风速风电运行维护成本低，电费低廉，发电厂运行的成本将随低风速风电运行维护成本的降低而降低。

三、低风速平原风电场开发案例分析

河南省安阳市汤阴县地处北暖温带，属大陆性季风气候，并有山地向平原过渡的地方特征，气候温和、日照充足，雨量集中，四季分明，其特点是：春季干旱，回暖快；夏季炎热，雨量多；秋季凉爽，雨量适中；冬季寒冷少雨雪。汤阴风电场一期工程位于黄河西岸平原区域。全县年平均气温13.8℃，平均无霜期200天，平均日照时间2525.7h，日照率57%，平均降水量为581.5mm，平均相对湿度66%。安阳汤阴风电场一期工程位于河南省安阳市汤阴县西部，风电场至安阳市公路里程约27km，场址范围总面积约35km2，场内海拔高度在90m～190m之间。

现阶段收集到了汤阴气象站近35年历年平均风速的变化情况，统计结果见表1。

表1 汤阴气象站历年年平均风速统计成果表

注：统计时段为每年的1月至12月，测风代表年为2015年一个自然年。

(一)低风速风电场运行分析

该县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月到12月，风电机组全场平均可利用率高达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工作小时数与可行性研究报告的理论数据基本持平，该电厂综合用电率为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B86/15机组。

该县的低风速风电场采用先进的流体计算技术，风力发电机优化气动控制技术，风流信息共享技术，风电场各种测量信息云服务，并采用云中心强大的计算能力来计算流场的未来流量，优化风电场各单位的最优设定点，然后将设定点发送到各风力发电机组，以控制风力发电机组的有功功率达到最佳发电功率值。

另外，该技术是基于实际发电量和模型偏差的计算，来动态调整计算所采用的模型，改进模型存在的不确定的因素来控制误差，达到风电场的最优输出。在突发的情况下，传统的控制系统可能会超速停机，结果是风力发电机处于关闭状态，导致电网不稳定。风电场协同控制技术采用风电场的最佳风力捕获算法，提前调整风力发电机的状态，最大限度地提高风力发电所产生的能量，保证风力发电机组的最大输出量，保证每个单位的极限载荷不超过预测的范围。

四、结语

目前，国家能源局正在会同相关部门加紧风电接入电网和市场消纳研究，其中就着重提出低风速风电开发和电网消纳问题。可以肯定，未来我国将加大这些低风速地区的风电装机规模，作为大风电基地之外风电开发格局的有效补充。

[1]张清清,李海波,李品.低风速风电场风资源开发分析[J]. 西北水电, 2014(2):93-95.

康家瑞(1985-12)男本科工程师主要从事风资源及经济评价工作。