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如何评估风力发电厂的发电能力?应该从哪些角度入手?

发布时间:2023-07-25 06:30:01 行业动态
如何评估风力发电厂的发电能力?应该从哪些角度入手?:XY~

风力发电厂的发电能力取决于以下三个因素:

  • 风场:风能的来源;
  • 风机:将风能转换为机械能;
  • 发电机:将机械能转换为电能。
(1)风场

「风场-图片来自网络」

一般拟建风场时,需要设立观测站进行1~3年的连续风速、风向观测以进行评估,评估的目的主要是为确定风机、发电机的装机容量和选型等提供依据,从根本上决定了风力发电厂的发电能力

为了衡量一个地方风能的大小,评价一个地区的风能潜力,风能密度是最方便和有价值的量,风能密度公式如下:

W=/frac{1}{2} /rho v^{3} (W/m^{2} )

/rho ——空气的密度(kg/m^{3} ),其大小直接关系到风能的多少,是气压、气温和温度的函数;

/upsilon ——风速(m/s),由于风速是一个随机性很大的量 ,必须通过一定时间的观测来了解它的平均 状况。

由此可知,风场的风能密度取决于该处的空气密度/rho 和风速/upsilon

(2)风机

目前用于风力发电的风力机主要有两种类型 , 一种是水平轴高速风机 , 一种是垂直轴达里厄型风机

「水平轴高速风机-图片来自网络」

「垂直轴达里厄型风机-图片来自网络」

对于一台实际的风机,其输出的机械功率可由下式进行衡量:

P_{m}= C_{p}/cdot P_{w}

P_{w}——通过风轮扫掠面积的风的功率,P_{w}=/frac{/pi}{8} /rho D^{2} /upsilon ^{3} ,D是风轮直径;

C_{p} ——风能利用系数,随风速、风力机转速以及风力机叶片参数如攻角、桨距角等而变化,风能利用系数与叶尖速比的关系如下图所示。

「风能利用系数-图片来自网络」

由此可知,风机的输出机械功率取决于通过风轮扫掠面积的风的功率P_{w}及风能利用系数C_{p}

(3)发电机

发电机的性能不仅直接影响机械能-电能转换过程的性能、效率和供电质量,而且也影响到风能-机械能转换过程的运行方式、效率和装置结构。因此研制和选用适合于风电转换用的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统,是风力发电工作的一个重要组成部分,也决定了风力发电场的发电能力。常用的风力发电机类型如下。

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关于风力发电场发电能力的预估主要有两种方法:解析法[1]和仿真法[2].由于解析法的复杂程度与系统的大小呈指数关系,仿真法得到了越来越多的应用。

一般而言,仿真法首先建立风力模型、风机模型以及风电场模型,在此基础上引入可靠性指标,建立风电场系统风电容量可信度的计算方法。

参考资料:

[1]Singh C,Kim Y.An efficient technique for reliability analysis of power systems including time dependent sources[J].IEEE Transactions on Power System,1988,3(3):1090-1096.

[2]Billinton R,Hua Chen.Assessment of risk-based capacity benefit factors associated with wind energy conversion systems[J].IEEE Transactions on Power System,1998,13(3):1191-1196.

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