風(fēng)電技術(shù)論文(2)
風(fēng)電技術(shù)論文篇二
風(fēng)電工程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析
摘要：風(fēng)能是非常重要并儲量巨大的能源，它安全、清潔、充裕。由于風(fēng)力發(fā)電過程不消耗礦產(chǎn)資源，不排放污染物和溫室氣體，因此，利用風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視，發(fā)展速度日益加快。 近些年來，我國的風(fēng)電發(fā)展速度相當(dāng)快，目前為止，我國可以獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到20萬臺，居世界之最。文章主要敘述風(fēng)能資源的形成、風(fēng)電場的選址設(shè)計(jì)、風(fēng)場發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、風(fēng)電場的施工建設(shè)、風(fēng)電場的運(yùn)行及維護(hù)等技術(shù)分析及風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)能資源;風(fēng)力發(fā)電機(jī);運(yùn)行與維護(hù);經(jīng)濟(jì)性評價(jià)
中圖分類號：TM315文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)能源的日益衰竭，可再生能源的開發(fā)和利用受到了很多學(xué)者的青睞。風(fēng)能是非常重要并儲量巨大的可再生清潔能源，它安全、清潔、充裕，其在電網(wǎng)中的比例也越來越大，然而與一些傳統(tǒng)的電源相比較，風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、波動性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要對風(fēng)電接入電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性作比較細(xì)致的分析，以推動了可再生能源的發(fā)展。
1 風(fēng)電現(xiàn)狀
從20世紀(jì)80年代以來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到迅速發(fā)展，與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比其技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性能也可以相媲美。在國外，風(fēng)力發(fā)電每年要以30%以上的速度增長，在我國，通過幾個(gè)五年計(jì)劃的發(fā)展，風(fēng)電也已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。2003年國家水利部部長汪恕誠題詞：“風(fēng)電是綠色能源，發(fā)展風(fēng)電是實(shí)施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施。風(fēng)力發(fā)電，大有可為。”這說明了國家對我國風(fēng)電事業(yè)的支持。近些年來，我國的風(fēng)電發(fā)展速度相當(dāng)快，目前為止，我國可以獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到20萬臺，居世界之最。
2 風(fēng)電技術(shù)
2.1 風(fēng)能資源
風(fēng)的形成我們大多人都了解，就是空氣流動的結(jié)果，空氣之所以流動，就是地球繞太陽運(yùn)動的結(jié)果，在轉(zhuǎn)動過程中，由于太陽離地球的距離和方位的不同，地球上各地方各緯度所接受的太陽輻射不同、強(qiáng)度不同、溫度高低不同，這種就形成了溫度差，溫差形成了不同地方間的氣壓不同，這樣就形成了氣體的流動。風(fēng)能資源除了大氣流動，還有就是季風(fēng)和局地環(huán)流。
2.2 風(fēng)力等級
風(fēng)力等級也就是風(fēng)的速度值等級，是一種風(fēng)力強(qiáng)度值，風(fēng)越大強(qiáng)度越大，風(fēng)速越大，等級也就越高。根據(jù)1946年修訂的“蒲福風(fēng)級”可以分為靜風(fēng)、軟風(fēng)、輕風(fēng)……等17個(gè)等級，并可以根據(jù)一定的關(guān)系來計(jì)算風(fēng)速確定風(fēng)級：VN=0.1+0.824N1.505，其中，N為風(fēng)的級數(shù);VN為N級風(fēng)的平均風(fēng)速(m/s);同時(shí)也可以計(jì)算風(fēng)的最大、最小風(fēng)速，計(jì)算公式為：VNmax=0.2+0.824N1.505+0.5N0.56;VNmin=0.824N1.505+0.56。
2.3 風(fēng)的測量
氣象臺、站所提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大多情況下只是較大區(qū)域內(nèi)的風(fēng)能資源情況，作為風(fēng)力發(fā)電場選址的就不夠精確，所以當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場在風(fēng)場選址時(shí)，要采用高的自動測風(fēng)系統(tǒng)。測風(fēng)系統(tǒng)可以分為傳感器、主機(jī)、數(shù)據(jù)存儲裝置、電源、安全與保護(hù)裝置共六個(gè)部分。
2.4 風(fēng)電場場址的選擇
建設(shè)風(fēng)電場前期工作是一項(xiàng)綜合的過程，需要考慮很多方面的情況和影響，包括風(fēng)電場的選址、風(fēng)資源的評估、風(fēng)電場的設(shè)備設(shè)計(jì)及選型、裝機(jī)容量設(shè)計(jì)和確定、后期擴(kuò)建等等。風(fēng)電場的場址選擇首先要考慮風(fēng)資源情況，對風(fēng)能資源進(jìn)行評估，風(fēng)能情況是風(fēng)場發(fā)電經(jīng)濟(jì)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。選擇場址是一個(gè)宏觀過程，需要從一個(gè)較大的地區(qū)，考查氣象條件，選擇一個(gè)風(fēng)資源豐富，而且最有利用價(jià)值的小片區(qū)域，這片小區(qū)域就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝場地。場址的選擇好壞直接影響到風(fēng)場后期生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性能。
2.5 發(fā)電機(jī)組技術(shù)
場址選擇完成后，要對風(fēng)場建設(shè)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，包括風(fēng)場的總體設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、變壓器的選擇、變電站設(shè)計(jì)、架空線路設(shè)計(jì)和中控樓及其他建筑的設(shè)計(jì)，還包括入場道路、場內(nèi)道路及綠化等的設(shè)計(jì)。招標(biāo)完設(shè)計(jì)單位，對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇機(jī)組類型等。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)四個(gè)部分，風(fēng)輪主要是通過葉片和輪轂獲取風(fēng)能的設(shè)備;機(jī)艙裝有風(fēng)速和風(fēng)向傳感器及隔音和通風(fēng)裝置的設(shè)備;塔架是支撐機(jī)艙和風(fēng)輪的高度的部分;基礎(chǔ)是固定作用的裝置。
3 風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性能
評估一個(gè)風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性能，首先要研究風(fēng)電場的成本，包括建設(shè)成本、運(yùn)行成本、財(cái)務(wù)其他費(fèi)用的支出等，影響一個(gè)風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)因素主要有風(fēng)資源情況、風(fēng)機(jī)特性情況、投資收益率和投資回收期、上網(wǎng)電價(jià)等。根據(jù)風(fēng)電場的容量大小，生產(chǎn)發(fā)電機(jī)的成本大小也較有所不同，容量越大，需要的發(fā)電機(jī)越多，生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)越多，其成本也就越低。
風(fēng)電成本可以分為基礎(chǔ)建設(shè)期、生產(chǎn)運(yùn)行期兩個(gè)階段研究，在基礎(chǔ)建設(shè)期需要研究風(fēng)電場建設(shè)的總投資，包括固定資產(chǎn)投資(又分為設(shè)備投資、建筑投資、安裝投資、聯(lián)網(wǎng)工程投資、其他費(fèi)用投資、預(yù)備費(fèi)用投資)、建設(shè)期貸款利息等財(cái)務(wù)費(fèi)用投資、流動資金的投資。生產(chǎn)運(yùn)行期的投資包括經(jīng)營成本(含維修費(fèi)用、工資福利費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)用、材料費(fèi)、管理費(fèi))、折舊費(fèi)用、攤銷費(fèi)和利息支出。
進(jìn)行風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性研究的主要指標(biāo)有風(fēng)電場的單位千瓦造價(jià)、單位千瓦時(shí)投資成本、財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、投資回收期、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、投資利潤率、投資利稅率、資本利潤率和資產(chǎn)負(fù)債率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要是對這些指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、對比、評價(jià)、分析的研究過程，下面為風(fēng)電場的單位千瓦造價(jià)、單位千瓦時(shí)投資成本的分析計(jì)算公式：
風(fēng)電場的單位千瓦造價(jià)=總投資/總裝機(jī)容量(元/kW)，就是風(fēng)電場電機(jī)系統(tǒng)每發(fā)一千瓦時(shí)的投資成本，此單價(jià)中包含了建設(shè)期的設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、建筑工程費(fèi)、前期費(fèi)及其他費(fèi)用等等。
單位千瓦時(shí)投資成本=(年固定費(fèi)+運(yùn)行維護(hù)費(fèi)+大修費(fèi))/每年的發(fā)電量(元/kWh)，是指在壽命期內(nèi)每生產(chǎn)出一千瓦時(shí)電量所需要的投資費(fèi)用。它包含折舊費(fèi)、利息、人工、管理、稅金、維護(hù)費(fèi)、使用期內(nèi)的大修費(fèi)
用等。
4 風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性的影響因素
發(fā)電量是最主要的影響因素之一。發(fā)電量的風(fēng)電場收入的來源，直接影響風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)性能，它的影響因素主要為風(fēng)資源、電場發(fā)電機(jī)布置情況、機(jī)組選型、運(yùn)行管理的水平及當(dāng)?shù)叵揠娗闆r。其他影響因素還有投資情況、融資成本、運(yùn)行成本及當(dāng)?shù)囟愂照叩取?/p>
人們通常認(rèn)為提高風(fēng)與負(fù)荷的關(guān)系是可以受價(jià)格響應(yīng)，但卻忽視了風(fēng)電場的發(fā)電情況同時(shí)也會對當(dāng)?shù)仉妰r(jià)產(chǎn)生一定程度的影響這一因素，其實(shí)風(fēng)電變化和價(jià)格響應(yīng)是相輔相承的關(guān)系。所以在大規(guī)模風(fēng)電項(xiàng)目評價(jià)分析上，應(yīng)考慮風(fēng)電上網(wǎng)對地方電價(jià)、用戶價(jià)格的影響，它會影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，例如風(fēng)電的入網(wǎng)對傳統(tǒng)火電機(jī)組的分配和調(diào)度、電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本及CO2的排放情況的影響，同時(shí)需要考慮的是為了盡量降低這些影響，而且付出的經(jīng)濟(jì)成本。
風(fēng)機(jī)選型，基本上都是按照變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率捕獲原理進(jìn)行評價(jià)，從風(fēng)速切入到額定風(fēng)速這一過程的評價(jià)中，為得到發(fā)電機(jī)的工作工部最優(yōu)化，大多都是通過變漿技術(shù)來得以實(shí)現(xiàn)，而且從現(xiàn)場實(shí)際風(fēng)速統(tǒng)計(jì)分析可知，這一工況下是發(fā)電機(jī)運(yùn)行最多、出力最多的時(shí)段，即最優(yōu)風(fēng)能捕獲是從風(fēng)速切入時(shí)到發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率時(shí)。另一方面，風(fēng)機(jī)選型也是風(fēng)電項(xiàng)目固定資產(chǎn)投資中對投資影響最大的部分，相互間接組合方案和規(guī)模大小都是非常主要的因素。通過對選型的多方案比較，得到設(shè)備選型與項(xiàng)目規(guī)模的最佳配合，并采用適當(dāng)?shù)慕M合方案，就可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電設(shè)備投資的控制、風(fēng)電設(shè)備的可利用率等主要經(jīng)濟(jì)的理想指標(biāo)。
5 結(jié)語
風(fēng)電場的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性都還有很大的提升空間，作為無污染、可再生的能源，具備很好的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用價(jià)值高，故它成為目前最受關(guān)注的發(fā)電項(xiàng)目，也是風(fēng)電迅速加快發(fā)展步伐的最重要的因素。
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