二、機組布置
在風電場的風能資源分布和風電機組確定以后,機組布置是風電場項目實施的關鍵環節。
機組布置即風電機組位置的選擇,應通過對若干方案的技術經濟比較,確定風電場風電機組的布置方案,使風電場獲得較好的發電量。
除了風電場的風能資源分布特點以外,機組布置還需要考慮土地使用、村莊、電力設施、環境敏感因素等客觀因素的限制,風電機組周圍的地形條件,建筑物、樹木或其它障礙物的不利影響以及風電機組之間的尾流影響。
1.客觀條件限制
(1)風電機組與村莊的距離一般要求500m以上,特殊情況至少300m。
(2)風電機組離110kV及以上電壓等級線路150m以上。
(3)風電機組要避開基本農田、礦產、文物、軍事用地、自然保護區以及其他環境敏感區域。
2.地形條件
滿足風電機組的運輸條件和安裝條件。在平坦地形條件下,滿足這一原則是很容易的的。在山區,滿足這一原則經常有難度。要根據所選機型需要的運輸機械和安裝機械的要求,機位附近要有足夠的場地能夠作業和擺放葉片、塔筒,道路有足夠的坡度、寬度和轉彎半徑使運輸機械能到達所選機位。
視覺上要盡量美觀。在與主風能方向平行的方向成列,垂直的方向上成行。行間平行,列距相同。行距大于列距發電量較高,但等距布置在視覺上較好。追求視覺上的美觀,會損失一定的發電量,因此在經濟效益和美觀上,也要有一定的平衡。
3.障礙物影響
在風電場中有時會碰到障礙物,障礙物的尾流的大小和強弱與其大小和體型有關。研究表明,對于無限長的障礙物,在障礙物下風向40倍障礙物高度,上方2倍障礙物高度的區域內,是較強的尾流擾動區,風電機組的布置必須避開這一區域。
障礙物會降低障礙物下風向區域的風速,障礙物影響的大小取決于其本身的疏密程度,即透風率。建筑物的透風率最低,冬季的開闊樹林具有一定的透風性,而夏季茂密的樹林的透風率比較低。一般來講,障礙物的長度越長,高度越高,相應的對風速的阻礙效果越明顯。如圖1所示為模擬7層的建筑物對風電機組的影響,其中建筑物高20m,寬60m,風電機組與建筑物的距離為300m,風電機組的輪轂高度為50m。圖中的數字表示風速減小的影響程度,100表示風速沒有損失,99表示風速減小1%。可以看出,風電機組輪轂高度處減小了3%,相應的風能損失約10%。
圖1氣流經過障礙物風速衰減圖
4.尾流影響
氣流在經過風電機組葉片時能量會減小,實際上,風電機組的葉片對風速有阻擋作用,在風電機組的下風向會產生類似輪船尾流的效果,該區域內會產生較大的湍流,同時風速也會降低。如圖2為氣流經過風電機組尾流示意圖。
圖2氣流經過風電機組尾流示意圖
風電場的風電機組布置應考慮到風電機組之間尾流的影響,風電機組之間的距離至少保證3倍的葉輪直徑,在主風向上,風電機組間的距離應更大一些。
國外有研究成果表明,對單臺風電機組,在距風輪2D-3D的順風中心線處,風速減少35%-45%;在距風輪8D處,風速減少10%。尾流的直徑在距風輪8D-10D為2.6D-2.8D。對于行距為8-11D,列距為2-3D的布置,第二排的能量損失在10m/s時為8-20%。在平坦地區進行的7行布置的風電場的測量,其行距為9D,列距2D,第七排比第一排能量約損失20%。