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分散式風電該怎么開發?

發布日期:2018-07-10 瀏覽次數:

15211749633588895.jpg分散式項目不受年度指導規模的限制,省級能源主管部門結合實際情況及時對規劃進行滾動修編,但不意味著只要能找到風資源,按照分散式來做就能夠先到先得,先開工先受益。分散式實際上會受到負荷側接入空間、電網消納能力的限制,因此,與其說找風資源不如說找電網接入資源,這是跟做整裝并網型大型風電場開發最大的不同。

 

當找到變電站,掌握負荷消納情況后,再在并網點附近10km~20km范圍內搜尋相應的資源,并根據資源狀況、建設條件規劃裝機容量、開發規模。

1)風資源應該結合項目所在地綜合情況,進行經濟性測算來論證項目的可行性。從目前的機型來看,輪轂高度年平均風速在5m/s以上才會具備開發條件;在華北平原有很多100m高的測風塔年均風速接近5m/s的資源,如果使用140m的混合塔架,建設成本比較低廉也是可以考慮開發的。

(2)建設條件一般考慮到分散式接入風電項目容量較小,開發單位成本相對較高,最好選擇地形相對簡單、施工條件較好、運輸便利、接入距離較近的地方。

(3)單個分散式風電項目的容量需要綜合考慮接入變電站的負荷容量、變電站高低壓側電壓等級及多個變電站之間的聯絡方式,也就是說,接入分散式的容量不一定小于接入變電站的最大負荷。

4)目前市面是有很多可以用來做分散式項目的軟件平臺,比如,金風科技的FreeMeso就能夠很好的支撐分散式項目的開發:

輸入變電站的位置->打開圖譜尋找附近資源->點擊地圖排布風機->系統自動選擇合適風機->計算產能與經濟性。

幾個步驟就可以實現項目的宏觀選址規劃,找分散式資源還是比較方便的。

 

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當然了,分散式接入風電尤其特殊性,在尋找和規劃資源的時候需要關注:

(1)項目直接接入配電網,不進行遠距離輸電,就地消納的模式,所以項目應首先搞清楚電網的消納能力,最好是距離負荷中心較近。因此,一定是先找變電站再來找資源。

(2)配電網變電站負荷容量不同,影響著接入風電項目的容量,為擴大項目規模,盡可能選擇變電站密集的區域,打捆開發。所以,需要搞清楚接入容量能達到多少,再來確定裝機數量和單機容量。

(3)分散式風電項目,特別是位于低風速區域的項目,建設條件不能太復雜,必須采用比較成熟的機型,并且運維水平是否成熟領先是首要考慮的問題,機組廠家忌雜亂,否則在項目運行期間會很麻煩。

 

分散式風資源評估

 

當我們我確定項目開發的具體位置之后,接下來就要開展風資源評估了,它主要的目的在于分析風資源條件、選擇合適的機組型號、評估項目的產能、校核風電機組載荷。簡言之,就是產能與安全的評估,這是保障項目安全穩定運行獲得長效收益的重要前提工作,然而分散式項目在實際操作過程的困難,無法達成完善的評估工作。比如:

(1)沒有測風塔數據。

(2)沒有測繪地形圖。

(3)沒有專門的分散式評估模型。

(4)門當戶對的國家標準和規范缺乏。

因此,如何行之有效、合理合規的完成項目評估,僅僅使用中尺度氣象數據平臺提供的選址服務是不夠的,既不能更準確評估產能,也不能確定風電機組載荷安全性,簡單的辦法快速但是充滿風險。

因此,經過探索和實踐,依據《分散式風力發電風能資源評估技術導則》的基礎上,結合智能微網評估模式,建議的分散式風電項目評估的流程如下:

 

Step1:項目數據獲取

(1)中尺度氣象數據,格點精度3km~1km。

需注意,動力降尺度的過程比較復雜,模式結果的質量控制很重要,要慎用現成的百米尺度數據,有些數據公司直接使用插值法得到的格點數據,這更不可取。

此外,虛擬測風塔的概念存在嚴重誤導性,中尺度是面數據,測風塔是點數據,中尺度模式計算得到的測風塔處的數據不等同于測風塔處實測的數據使用。中尺度的格點數據需要能夠覆蓋從場區到測風塔整個區域。

(2)實測完整年測風塔數據。

分散式風電并不要求設立測風塔,測量完整年的數據,依據《分散式風力發電風能資源評估技術導則》所述,需要測風塔的主要是在于校驗中尺度動力降尺度后的結果。因此,測風塔數據并不需要位于場區,只要一個盡可能離場區最近的一個即可。

(3)數字高程圖

1:50000的項目外邊界地形數據很容易獲取,場內邊界1:2000的地形圖就得使用固定翼或大型旋翼無人機,對目標區域進行詳細勘察與測繪,獲取相應的數字高程圖。亦可根據預算與工期使用傳統測繪的方式獲取數字化高程圖。

(4)地物與地類圖

主要用于在排布機組時排查限制區域,計算仿真過程中的粗糙度地圖的繪制,可通過無人機測繪獲取,也可根據現成的常用的Landcover數據或Google Earth數據,需要覆蓋整個計算仿真區域。

 

Step2:數據分析

取得上述數據之后,就要開始對進行常規的分析:

(1)對數據本身的質量進行把控。

(2)繪制相應的圖形圖表。

(3)對項目基本屬性做一個定性的判斷。

(4)框定機組選型和排布的基本方案。

本處與整裝并網項目相同,不再贅述。

 

Step3:仿真建模

依據《分散式風力發電風能資源評估技術導則》,中心的思想在于第5節中關于數值模式選擇中所述:”應采用中尺度數值天氣預報模式和小尺度模式相結合的技術方案。中尺度數值天氣預報模式宜采用Weather Research and Forecasting (WRF), Mesoscale Model version 5 (MM5), Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), Advanced Regional Prediction System CARPS)等。小尺度數值模式宜采用 Calmet、計算流體力學模式等。。?!?/span> 翻譯一下就是:

(1)根據項目所在區域的氣候和氣象特征,定制化計算出一套中尺度格點數據。

中尺度模式一般采用目前流行的WRF,但是它的使用比較復雜,需要非常專業的人士才可以使用。不過這個可以從現成的數據提供商處購買,我自己也有非常高質量的中尺度數據。不管如何,如前所述,3km~1km格點數據為宜。

(2)使用動力降尺度技術,將數據細化到百米或更小尺度。

小尺度數值模式在導則里面建議使用氣象模式和CFD模式,但是為了兼顧項目的產能評估和安全評估,在實際操作過程中適宜采用計算流體力學的模式。這兒有一篇文獻:《Method Research On Wind Resource Assessment System Structure》,可以通過它進一步了解中尺度+微尺度結合的意義及架構。

(3)通過測風塔實測數據,對模式降尺度結果進行校驗,并對模型進行修正,最后達到可以被接受的誤差范圍的結果。

即,中尺度氣象數據計算出整個地區的風資源分布,然后根據實測的測風塔做為校驗點,去篩選和取用中尺度數據、迭代參數化方案。

(4)根據推算的風資源數據,按照標準套路去計算產能。

(5)很遺憾的時候本導則無法顧及到載荷參數的輸出,機組安全性無法評估。


不過在市面上計算流體力學模式中,美迪WT 里面的Atlas模塊評估過程,與導則規定的比較吻合,輸出的參數量能夠兼顧產能分析和安全性分析,也能用上WT經典的微觀選址功能。本文以此為例來介紹依據導則下的計算流體力學模式降尺度的過程:

(1)數據導入和區域劃分方案設置

導入大范圍地形數據及粗糙度文件,將整個計算區域劃分為若干子區域,設定不同區域重疊范圍,便于每個子區域實現高分辨率CFD模擬及整合。

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(2)項目檢驗和可視化

項目檢驗過程即子區域生成的過程,包括對每個子區域計算所需數據的準備和檢驗。

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(3)CFD定向計算

實現項目CFD計算的子區域分割和整合,并且可以通過額外中尺度網格數據引入對應的中尺度數據入口風廓線進行CFD建模計算。

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(4)綜合計算

批量載入中尺度數據,實現風資源的降尺度模擬計算。

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(5)結果校驗

這一步非常關鍵,它需要根據模擬的結果與測風塔實測進行比較,然后調整模型參數,特別是需要調整參考中尺度氣象格點數據的選取,最終能夠通過迭代和優化,實現模型準確性最佳。

 

Step4:結果輸出

上述實施步驟完成后,與大家經常使用的CFD軟件一樣,就可以得到所需要的設備選型建議、產能評估結果。按照通常整裝項目的套路輸出相應的產能表格、載荷參數表格,用于接下來的工作。

 

Step5:不確定性分析

由于分散式項目有別于整裝項目,應更加注重不確定性分析,折減還是次之。與整裝項目略有不同,其內容應包括:

(1)中尺度數據與測風數據的不確定度

(2)大幅地形修正的不確定度

(3)數值氣象模式與計算流體力學模型的不確定度

(4)損耗折減的不確定度

(5)外部環境與功率曲線的不確定度

 

Final:報告編制與分發

按照項目開發所需編制成各類報告,輸出給所需要的部門。

 

分散式風電接入方式

 

當鎖定了一個35kV或10kV變電站,有了風資源,就得考慮分散式風電接入的問題了。不同電壓等級的線路承載力、輸送容量、系統穩定性、投資收益均不同,會對分散式風電項目的容量及經濟性產生很大的影響。鑒于沒有分散式風電接入典型設計規范,根據經驗進行總結:

 

1.接入方式:

根據經驗,T接及專線接入方式為優選,兩者均涉及到對接入變電站進行改造。一般來說,單回線路,專線會比T接接入更大的風電容量,10 kV線路送出容量及送出距離遠小于35 kV,故需考察擬接入變電站是否有間隔,結合網架架構選擇。

 

2.接入電壓等級:

項目開發過程中,可能會遇到的幾種變電站情形:

(1)110kV/10 kV或110kV/35 kV的變電站,專線宜直接接入變電站低壓側。

(2)10 kV用戶站,需要界定資產所有權。

(3)35kV用戶站,直供模式,收取過網費模式,需要與所有方協商。

(4)從幾個維度對35kV與10kV接入進行比較:

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 總體來說,35kV輸送容量要求相對集中,輸送容量大,造價高,但相對接入點少,便于管理。10kV相對比較靈活,可就近選擇合適的電源作為接入點,造價相對也低。35kV和10kV接入形式應根據具體情況確定,另外接入點的選擇以及接入點的電壓等級應根據電網結構以及潮流計算等相關因素綜合考慮。


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