风力发电成本主要影响因素分析与计算

风力发电成本主要影响因素分析与计算

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华东电力

2003年第1期

风力发电成本主要影响因素分析与计算

谢建民1,曾建成2,邱毓昌1

(11西安交通大学电气学院,陕西　西安　710049;21宁夏大学物理电气信息学院,宁夏　银川　750021)

摘　要:由风力发电机(风力机)年发电量和风力发电成本计算公式,确定风力机容量系数和风力机价格为风电成本主要影响因素,并进一步指出,特定场点的风电成本取决于风力机参数和价格。以云南省的3个风速观测点与2个容量等级6种机型的国内外代表风力机的匹配为例进行了风电成本计算,并对风力机容量系数和风电成本计算结果进行了分析。

关键词:风力发电;容量系数;风电成本;风速分布参数

中图分类号:TM614　　文献标识码:A　　文章编号:100129529(2003)0120006203

　　当今世界能源市场的价格攀升和人们环保意识的不断增加,大优势,)设[1,2]。笔者,确定风力机容量系数和风力机价格为风力发电经济效益主要影响因素,并对风力机容量系数和风电成本的计算结果进行了分析。

,。

,可令Q2R为风力机每kW投资,即风力机价格,～114,准确值取D2为比例系数,取值范围为112

决于风力机容量及其价格,风力机容量越大,D2

越小,此时:

(4)C=D1D2R F

令D=D1D2,得:

C=DR F

(5)

1　风力发电成本计算

111　年发电量

由式(5)可知,若要降低风电成本,最直接、最有效的办法就是降低风力机投资和提高风力机容

量系数。由于风力发电的一次能源费用可视为零,因此发电成本就是建场投资与发电量之比。

(1)

风力机年发电量:

W=8760FPr

式中　F——风力机容量系数;

Pr——风力机额定功率。

2　容量系数计算

211　容量系数

112　风电成本

容量系数F是风力机年平均输出功率Pa与额定功率Pr之比[3],

F=Pa Pr

与火力发电相比,风力发电虽然运行费用较低,但建场投资大,意味着风力发电项目需要相对较长的资本回收期。风力发电成本:

C=

n

(1+r)-18760F

n

(6)

年平均输出功率

Pa=

P(v)P∫

vivc

(2)

W

(v)dv(7)

(kW h);式中　C——单位风电成本,元

Q——单位建厂投资,元 kW;

n——建厂投资回收时间,也即风电场使用

(7)中vi和vc分别表示风力机起动风式(6)、

速和停机(截止)风速,PW(v)是发电场风速概率密度函数,P(v)是风力机输出特性。212　风速概率密度函数

寿命期望值;

r——投资贷款年利率。

,代入式(2),得:n

(1+r)-8760

(3)C=D1(Q F)

n

研究表明,风速分布一般为正偏态分布,用于

拟合风速分布的模型很多,其中Weibull函数应用最广,更接近风速的实际分布,其数学表达式为:

令D1=

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C

C

k-1

7

PW(v)=exp-

C

k

(8)

311　数据及计算说明

式中　k——形状参数,无因次量;

C——R度参数,其量纲与速度相同。通常观测到的风速是离地面10m高度风速值v10,应根据所选风力机叶轮轮毂高度H,将10m高度风速折算至对应风速vH:

(9)10)x

vH=v10(H 式中　x——指数,取决于观测点地理特征,一般

情况下,可取x=1 7。213　风力机输出特性

风力机参数有Pr、H,以及vi,vr和vc,见表

1。考虑到现有国产大型风力机的容量,选择200kW和600kW两个容量级别,每级都有一国产机组和两个进口机组,共6种机型。

表1　风力发电成本主要影响因素分析与计算

序号

123456

P

H

vi

vr

vc

型　　号

Xwec2JacobsTacke60043NM600 FD2242200MS2222产地中国德国丹麦中国意大利

kWmm s-3

1

m s-15151514

1

m s-24252528

2520

1

60060060020065605630253154155

若不考虑空气密度等因素,典型风力机输出

功率与风速关系(见图1)可用下式表示:

121511

[4,5],除k,,va,见表2。

表2　风速观测点10m高度风速分布参数

观测点

图va m s-kC m s-11

太华山

51821266155

落　雪

510111615161

大山包

419011965154

P(v)=

0≤v<vi

Γ(v)Pr

Pr

vi≤v≤vrvr≤v≤vcv>vc

(10)

式中　vr——风力机额定功率风速,简称额定风

速;

Γ(v)——风速介于vi和vc之间时,风力机

输出功率与额定功率之比,称之

为输出特性,是一个与风速有关的复杂函数。

通常见到的近似表示风力机输出特性函数有3种,分别是线性函数,二次函数和三次函数,考

　　根据容量系数计算原理,编制程序并进行计算,同时为比较各有关量之间的关系,以太华山点为基准,两组机组都以国产机组为基准计算出各点的相对容量系数(见表3),表中F11和F41分别为国产600kW机组和200kW机组对太华山点的容量系数。

表3　各风力机与各风速观测点匹配容量系数

机组号

F1F2F3F4F5

太华山

0.3850.3550.3270.2780.2800.35310.9220.84911.0071.270

落　雪

0.3080.2830.2590.2210.2210.2700.80.7350.6730.7950.7950.971

大山包

0.2970.2690.2420.1980.1940.2490.7710.6990.6290.7120.6980.896

虑到风力机特性与线性表达式更加接近,故采用线性函数,即:

(vr-vi)Γ(v)=(v-vi)

(13)

F6F1 F11F2 F11F3 F11F4 F41F5 F41F6 F41

根据式(5)和式(7),风力机容量系数由风电场的风速分布参数和风力机参数共同决定,即对于特定的场点来讲,风力发电的成本就取决于风

力机参数和价格的选择。因此,在风力发电场设计中,风力机的选择就具有举足轻重的作用。

　　根据式(5),计算出3种机型对各风速观测点的风电成本及相对风电成本如表4,表中C11和

C41分别为国产600kW机组和200kW机组对太华山点的风电成本。

3　实例计算与分析

根据推导方法,对云南省的3个风速观测点进行风电成本研究。

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表4　各风机与各风速观测点匹配风电成本

机组号

C1C2C3C4C5C6C1 C112 11C3 C11C4 C41C5 C41C6 C41

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太华山

0.260.390.420.360.490.3911.4911.61911.3651.083

落　雪

0.330.490.530.450.620.511.251.8712.0441.2581.7291.415

大山包

0.340.510.570.510.710.551.2961.9682.1881.4041.9701.535

获得比较准确的风速分布参数,应有3年以上的

风速观测数据。

31212　风力机参数的影响

由表3和表4可见,风力机参数对容量系数影响很大。对任一观测点来讲,用不同型号风力机计算出的容量系数相差很大。以太华山点为例,600kW容量级国产机组、德国机组和丹麦机组的容量系数分别为01385,01355和01327,比例为1∶01922∶01849,其它两点的计算结果也有类似趋势,说明国产机组的参数设计优于国外机组,也即发电成本低,经济效益高200kW容量级国产机组01011∶11 …… 此处隐藏：6234字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……