1.2微观选址与湍流强度
目前,微观选址软件大都以发电量最大化为原则进行机位的布置,而机组的位置还直接关系到该机位湍流强度的大小。较强的湍流将会造成机组振动,使机组的受力状态恶化,从而影响到机组的故障几率及部件损坏,关系到将来的维修、维护成本的高低和机组的寿命,因此,风电场微观选址对其未来收益的影响不容忽视。
为了最大限度地利用特定风场的风能资源,同时保证风力发电机组的安全可靠运行,IEC61400-1对风电机组进行了安全分级。轮毂高度处的湍流强度以及极端风况是2005年版IEC61400-1进行风电机组分类的两个主要参数,其中极端风况主要包括极端风速、极端风切变以及风速、风向的迅速变化等,而机组轮毂高度处50年一遇3秒钟极大风速,或者10分钟最大风速是风电机组极端载荷设计的最重要参数。
按照微观选址的湍流大小选定机位,或确定所采用的风电机组的安全等级类型。根据GL规范,或IEC标准,风电机组的湍流强度等级一般有A、B两种,新的IEC版本中也有C等级的湍流强度等级。
在IEC61400中将风电场机组的设计等级分为三类IECⅠ、IECⅡ、IECⅢ,如表1。
Vref表示风电场50年一遇的10分钟最大风速;A级为高湍流强度,B级为中等湍流强度,C级为低湍流强度;I15是风速为15m/s时计算出来的湍流强度特征值。
湍流强度是指10分钟内风速随机变化幅度的大小,是10分钟内平均风速的标准偏差与同期平均风速的比值。上表中的湍流强度应按照IEC61400-1标准中的规定计算获得。根据IEC61400-1要求,每一个风速区间下,风电机组所承受的有效湍流强度(机组之间尾流产生的湍流强度与环境湍流强度叠加)均不能超过设计湍流强度。
湍流强度是风电场的重要特性指标,它的计算、分析是风电场资源评估的重要内容,通过风电场区域内风电机组轮毂高度处50年一遇10分钟最大风速以及轮毂高度处湍流强度大小来判断风电场的安全等级,依据此等级来选择风电机组机型。
在中国风能资源主要分布在三北地区和近海区域,例如新疆、内蒙区域,平均风速较大,风电场安全等级通常为IECⅠ或IECⅡ,风电场湍流强度通常为B、C;山西、河北区域,因地形起伏较大,风电场安全等级通常为IECⅡ或IECⅢ,风电场湍流强度通常为A、B;江苏、浙江沿海区域受季风的影响,风电场安全等级通常为IECⅠ或IECⅡ,风电场湍流强度通常为B、C。
湍流对风电机组性能的不利影响主要是减少功率输出,增加风电机组的疲劳载荷,最终削弱和破坏风电机组。
为了减少叶片的脉动和破坏力较强的动态载荷,在湍流强度较大的地区,应慎建、或不建风电场,若风电场的湍流强度超过机组的安全设计等级时,在选机型时应与机组生产厂家充分交流,对设备的承受能力进行充分地论证和评估。
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