風電機組選型的技術經濟比選

　　1 引言
　　風電機組選擇是諸種因素、多指標綜合優化的結果，首先需要對項目風資源進行詳盡的論證，在比較機組發電能力等技術因素的基礎上，綜合考慮機組安全可靠性、設備價格及后期運營維護成本等。風力發電工程設計過程中，在各機型上網電量基礎上進行經濟效益比選，最終選取最優機型。
　　2 單機類型與容量的選擇
　　風電機組單機容量范圍的確定，一般可根據風電機組的制造水平、技術成熟程度和價格，并結合風電場的氣象條件、風況特征、安全等級的要求，考慮現場交通運輸條件、地質構造狀況及吊裝施工條件等因素進行，擬定若干不同的單機容量方案。
　　2.1 風電機組類型
　　風電機組按風輪槳葉分類可分為定槳距型和變槳距型。定槳距型風電機組的葉片安裝好以后不能變槳，高風速時，靠葉片的失速來調節功率的輸出，額定風速較高。其主要優點有：機械結構簡單，易于制造；控制原理簡單，易于運行；故障率較低。主要缺點有：額定風速較高，風輪轉換效率較低；轉速恒定，機電轉換效率較低；葉片重量大，制造較難，不宜制造大型機組。變槳距型風電機組各葉片可以根據風速大小變距轉動，使風對葉片的攻角始終保持最佳角度，提高了風輪轉換效率。其主要的優點有：提高風能轉換效率；葉片相對簡單，重量輕，有利于制造大型機組。缺點是變槳機構較復雜，控制系統也較復雜；出現故障的可能性增加。
　　按風輪轉速可分為定速和變速兩大類。定速型風電機組風輪保持一定轉速運行，與恒速發電機對比，風能轉換率較低；變速型機組可分為雙速型與連續變速型，雙速型設定兩個轉速運行，改善風能轉換率；連續變速型在一段轉速范圍內連續可調，可捕捉最大風能功率，提高風能轉換率。
　　2.2 單機容量范圍
　　根據已發布的《中國風電發展報告2010》，2005 年我國風電場新安裝的兆瓦級風電機組（ 1MW）僅占當年新增裝機容量的21.5%。隨著國內企業兆瓦級風電機組產量的增加，2007 年兆瓦級風電機組的裝機容量占到當年新增市場的51%，2008 年占到72.8%，2009 年占到86.8%。兆瓦級風電機組目前已經成為我國風電市場的主流產品。
　　受國際風電發展大型化趨勢的驅使，我國大型風電企業也開始進入風電裝備大型化的競爭，2009 年我國在多兆瓦級（ 2MW）風電機組研制方面取得新的成果。目前主流的風電機組容量多為1.5MW 及2MW。這類風電機組技術成熟，對自然環境和風場風能資源適應范圍廣，整機市場占有量大，產品工藝成熟，零部件供應充足，國產化程度逐步提高，風電機組維護成本逐漸降低。
　　3 風電場風電機組安全等級
　　風電機組首先需安全可靠地運行，其次才是追求效益最大化。機組選型的第一步，應詳細分析項目現場風能資源狀況，根據以下參數確定機組的安全等級：湍流強度I15、風切變指數——用于校核機組的疲勞載荷；50 年一遇10min平均最大風速——用于校核機組的極限載荷，是安全風速。
　　3.1 湍流強度
　　湍流強度是風速的標準偏差和平均風速的比率。對風電機組性能有不利的影響，主要是減少輸出功率，還有可能引起極端荷載，最終破壞風電機組。根據《風電場風能資源評估方法》（GB/T18710-2002）中湍流強度的劃分，IT在0.1 或以下表示湍流強相對較小，中等湍流強度區IT 為0.10 ～ 0.25，更高的表示湍流強度過大，對風電機組性能有一定影響。一般計算擬安裝高度風速在15m/s 時的湍流強度。