浅谈风电场发电量偏差原因——基于实际案例分析

文/黄润兰 陈 瑶

0 引言

风电场年上网电量是决定项目经济效益的重要指标，直接影响风电场的效益水平，决定了项目的投资决策。一般来说，在风电场的前期工作阶段，会通过风资源评估软件计算项目年上网电量的设计值。然而，由于各方面的原因，风电场年上网电量的设计值和投产后的实际值存在一定的偏差。分析偏差的原因，可以为后续风电场的建设及运营积累经验。

1 影响风电场年上网电量的因素

影响风电场年上网电量的因素主要有场址的风能资源情况、风机的选型、机组的布置方案、机组的质量以及风电场运营人员的管理水平等。本文选取国内某一风电场，主要从以上几个方面的角度分析其实际上网电量与设计值偏差的原因。

2 国内某风电场概况

某风电场位于国内中南部区域的农垦地，风电场地形较为平坦，海拔介于9～19 m，场址北部为水域，周边开阔。风电场地区属于中亚热带向北亚热带过渡的湿润季风气候带。

该风电场设计安装24台单机容量为2 MW、轮毂高度为90 m，叶轮直径为112 m的风电机组（WT2.0MW-112），总装机容量为48 MW。在初步设计中，经评估测风代表年机位处的年平均风速为5.59 m/s，预计年上网电量为10 140万kWh，年满发小时为2 113 h。然而该风电场运营首年实际上网电量为8 052万kWh，满发小时为1 678 h，与初步设计相差了20.6%。

3 发电量偏差分析

3.1 风能资源情况

该风电场附近有一座测风塔，测风塔于一个完整测风年90 m高度的年平均风速为5.58 m/s，风功率密度为178.1 W/m2，风能主方向为东北（见图1）。经长年代订正后，认为该测风年为平风年。测风塔周边开阔，代表性较好。由测风塔推算各机位轮毂高度处的年平均风速为5.59 m/s。

图1 测风塔100 m高度风向、风能玫瑰图

由于该风电场测风塔后续没有测风，无法知晓运营首年该测风塔的风资源情况。可采用3Tier再分析数据作为参考，推算运营首年该测风塔的年平均风速。3Tier再分析数据于测风年的年平均风速为6.50 m/s，于风电场运营首年的年平均风速为5.97 m/s。计算其年平均风速的相对差值（见表1）。

表1 测风塔不同测风年再分析数据与实测数据对比 单位：m/s

推算运营首年为小风年，较长年水平偏小8.15%，测风塔在这一年的平均风速为5.13 m/s。

由此推断，风电场运营首年为小风年，这是风电场发电量达不到设计值的主要原因之一。

3.2 机型选型

风电机组选型直接决定风电场的发电量以及项目在整个运行期的经济效益。风电场的风机机型选择需综合考虑风电场风能资源、气候条件、工程建设等条件，在满足设备安全、施工可行等基本原则的基础上，充分利用风能资源，实现效益最大化。

经极端风速分析认为该风电场风机机位轮毂高度附近的50年一遇10 min平均最大风速小于37.5 m/s。测风塔100 m～80 m间15 m/s风速段的湍流强度为0.087～0.098，7.5～15 m/s风速段的湍流强度为0.094～0.106。属于较小湍流强度等级。风机选型需考虑环境湍流叠加风机尾流而形成的风电场有效湍流，选择能安全承受有效湍流的风机。

该风电场安装的24台是WT112-2.0 MW的风力发电机组。根据本风电场风资源的评估结论，该机型满足本风电场运行工况要求，风机选型基本合理。

3.3 机组布置方案

本风电场风能主要集中在NE向，其中NE占风能频率约40.3%。机组布置方案如图2所示，该风电场地形较为平坦，机组主要是垂直于主风能方向一字排开，经测算，风机平均尾流损失为6.1%。风电场的年上网电量计算已考虑了因风机尾流所造成的发电量损失。

图2 该风电场机组布置示意图

3.4 机组质量及运维水平

据调查，该风电场运营首年风机叶片曾进行了大范围的修复以及部分替换，如表2所示。从表2可知，06#、15#、19#风机叶片修复时间都超过了100天，其中19#风机叶片修复时间长达269天。这将严重影响风机的出力，导致发电量的损失。在叶片修复期间，风机进行停机管理或降功率运行，由此所造成的各月份发电量损失如表3所示。由于风机叶片的更换和修复，损失电量高达7.87%。此外，在风机叶片修复和更换之前，风机的发电性能可能受到影响，没有达到正常的功率曲线水平，也会造成发电量的损失。

表2 国内某风电场叶片修复及更换统计

表3 发电量损失统计表

（续表）

4 总结

风电场年上网电量与场址风能资源水平、风机选型、机组排布方案、机组质量以及风电场运营人员的管理水平等因素有关。分析国内某风电场运营首年发电量与设计电量偏差的原因，结果表明，第一，运营首年为小风年，是风电场发电量达不到设计值的主要原因之一；第二，风机大规模检修，是风电场发电量达不到设计值的另一主要原因。

风电场的设计发电量为20年发电量的平均值，每年发电量会随着大小风年而波动。风能资源评估需要根据测风塔当年的平均风速，进行长年代订正，宜采取多种数据多种途径复核长年代的订正结果；风机选型宜选择设备可靠性高的型号，以降低故障的发生率；风电场运营要加强管理，提高维护人员的响应速度及管理水平。