影响风机发电量的原因浅析

影响风机发电量的原因浅析

林通达

（福建省福能新能源有限责任公司福建省莆田市351146）

摘要：随着风电机组运行年限越来越长，一些问题也逐步地暴露出来，这直接影响了风机的运行安全和发电量，影响风电场的收益。本文通过分析某风电场的某台风机历年的发电量情况，初步分析发电量发生变化的可能原因并提出应对的措施。

关键词：风机；发电量；可利用率；风速；功率曲线

一、概述

风力发电作为可再生能源，得到国家政策的大力支持，最近几年发展迅速，截止2016年底全国累计并网风电机组达1.49亿千瓦。随着风电机组投产运行年限越来越长，很多潜在的问题也逐渐暴露出来，这些问题最终都会导致一个结果，风机产能下降，发电量下降，运行成本升高，投资收益下降。

二、本文通过分析某风场历年来的发电量变化趋势，结合实际运行情况，初步分析可能造成的原因并提出对应的措施，期望能对风电场的运行管理有所帮助。

下表是某风电场6号风机近年来的发电量、平均风速及风机可利用率。

1、风机运行风速。从风机发电功率公式可以看出风机运行风速是影响风机发电量最主要的原因之一。而影响风速的原因也很多，除了风资源、微观选址和全球气候变暖等因素外外，对于已投产风电场来说，周边环境发生的变化也会很大程度上影响风速。该风机机位地处村庄里面，最近几年该风机周边房屋加盖了不少，原来的防风树木由原来1米左右的幼苗长到现在5到6米高的大树，空气表面粗糙度增加了很多，另外周边风电场越建越多，也会相互影响。

2、风机可利用率。风机可利用率也会很大程度上影响风机发电量，特别是在盛风季节和大风天气时的风机可用率。从上表可以看出，风机的发电量随着风速变化会发生变化，但并不完全随风速变化而变化，象2012年与2013年虽然年平均风速一样，但发电量却差别较大，风机可利用率下降比较多是较大的原因之一。

3、风机功率曲线。图1是从风机后台导出的历年功率曲线图。

3.1、空气密度影响。

从风能公式可以看出，风力发电机组输出功率同空气密度成正比。在风机生产厂商提供的标准曲线中，均标明了相应的环境条件：温度15℃，标准大气压（1013.3hPa），空气密度为1.225kg/m3。风场在各个地方及各个季节的实际运行条件与标准功率曲线测定的环境条件存在较大差异，在不同年份的相同季节也存在不同的运行环境条件。环境条件的影响主要指大气温度、压力的变化造成空气密度的变化。

空气密度下降会导致风机功率曲线右移，右移的数量与空气密度影响的功率变化的大小成正比。

3.2、叶片污损。

有关文献研究表明，风机叶片受到污染或表面损伤后，叶片表面就会影响气流的流动，造成很多局部涡流，从而分散风的能量，造成有效输出功率下降。该风机地处海边，盐雾腐蚀严重。随着运行年限越来越长，表面污染和损伤也会越来越严重，这一点根据原来损坏更换下来的叶片表面的损伤情况可以得到验证。

3.3、风速测量仪机械零位偏差对风机输出功率的影响。

风速仪由于在长期运行过程中因振动等原因造成螺丝松动，偏离机械零位的情况时有发生。因机械零位偏离后，风机无法准确对风，从而影响风机对风的准确性，影响风机叶片风切入角度，降低输入能量。

3.4、风机机械损耗和电气损耗。

随着风机运行年限增加，各转动机械磨损会增加，电气部件会老化，因此整体损耗会增加。根据能量守恒原则，风机总的能量输出：

M输出=M输入-M损耗，

损耗增加了，同样的输入风功率，输出功率会下降，功率曲线也就随着右移。

3.5、复杂地形的影响。复杂地形条件下，风向发生变化，对风机产生的湍流强度也不一样，也会影响风机的输出功率。每年的同一季节，虽然大的主要风向大概差不多，但每年都会有轻微的变化，这在平原地区没有影响，但在地形复杂的山地或丘陵地带，产生的湍流会大不一样，因此也会影响到风机的功率曲线。

3.6、其他因素的影响。如风机的控制策略。风机厂商为了保护风机的安全，会采取保守的控制策略，如降低风机的运行风速，提高风机的保护边界，限制发电功率等措施。

三、提高风机发电量的措施与方法。对已投产风电场来说环境因素不太可能改变，但提升风机可利用率及功率曲线还是大有可为。

1、提升风机可利用率。

首先要制定好的制度和措施，提高检修人员的检修积极性和主动性。如制定可利用率奖励措施，把风机可利用率指标统计口径由停运行时间改为停运时段内的风机产能进行统计。一方面可充分调动检修人员的检修积极性，另一方面，在风小或无风时，可根据实际工作安排调整消缺和维护时间，而在风大时，则要优先安排风机消缺。既要及时处理风机故障，统筹安排检修计划，减少因停机造成电量损失；又要采取灵活补休制度，让检修人员做到有事随叫随到，无事随时调休；要充分调动检修人员的积极性和主动性，才能充分发挥风机的产能。其次要加强预防性检修检测管理，做到未雨绸缪，提前发现隐患特别是大部件的故障隐患。第三要及时有效地处理一些突发情况，减少因外部因素造成的停机损失。第四要加强仓库管理，保证备品备件及时供给等。

2、提升风机功率曲线。

2.1、定期修补叶片上的损伤，清洗叶片，通过给叶片贴膜，以及安装涡流发生器和格尼襟翼，能够有效提升发电量。据研究表明，通过给叶片贴膜处理，发电量能提升约1%-2%，通过安装涡流发生器和格尼襟翼，能提升1%左右的发电量。

2.2、改善风机的主要轴承润滑条件，减少机械损耗。

2.3、校准风速测量仪机械零位，确保风速仪的机械零位与控制系统的电气零位一致。

2.4、优化控制策略。

2.4.1提升切出风速。根据每台机位的湍流强度，个性化每台机位的控制策略，在保证安全的前提下，最大限度地放开切出风速，并提高再切入风速，提高风机运行风速，充分利用风能资源。不同机型、不同地形对提高切出风速和再切入风速的要求和可提升的空间有所区别，但有研究表明通过提高切出风速和再切入风速可使年发电量提升2%-3%。

2.4.2优化控制策略。通过精细计算每台机位的湍流强度及极限载荷，尽量放开一些保护边界，优化控制策略，提高风机风速测量精度，减小偏航控制角度，使对风更加精确，能有效提高发电量。

2.4.3提升发电机功率。根据不同机组的参数结合运行环境，有些机组本身设计时留有较大的过载余量，可通过设置相关参数，提高发电机的最大运行功率，并结合软件优化控制策略，在风速较高时可提高单机发电容量。当然，前提是输变电容量足够的前提下才能实现。一般情况下，设计时输变电的容量都会有较大的余量，且变配电设备一般过载能力较强，只要没有超过太多，一般都能满足。

四、结束语

在风机全寿命周期运行管理过程中，跟踪分析风机产能发生变化的主要因素，并采取有针对性的措施，加强管理，对提高风机安全运行和整体收益能起到重要作用。

参考文献

[1]新疆电力2015年第3期《影响风力发电机组功率曲线的主要因素》第67页.