一种区域定制化海上风电机组的开发方法与流程

1.本发明涉及海上风电技术领域，具体为一种区域定制化海上风电机组的开发方法。


背景技术：

2.海上风电逐渐成为了可再生能源发展的重要领域之一，但是，目前市面上的风电机组一方面价格较高，同时风电机组的年利用小时数也无法满足平价上网要求，而在研针对平价上网机型中，虽然发电效率在一定程度上有所提高，但往往受制于已有的整机平台，或叶片长度提升有限，或单纯追求大容量，发电小时数提升有限，更重要的是，所开发的风电机组为通用型，缺少目标海域的针对性，因此如何开发针对目标海域，满足平价上网、性能优秀、收益率高的风电机组是行业亟待解决难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种区域定制化海上风电机组的开发方法，以解决上述背景技术中提出的如何开发的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种区域定制化海上风电机组的开发方法，包括如下步骤：
6.步骤a、选定目标海域，确定目标海域风资源情况和其他气象参数；气象参数包括目标海域年平均风速、风速、风向玫瑰图、最大风速、台风、气温、气压、暴雨和雷暴气象参数；
7.步骤b、根据风资源和气象条件，结合叶片生产工艺和施工船机吊高能力，确定叶片长度，通过提升叶片长度来提升风电机组扫风面积和发电量；结合风资源和气象特点，针对性开展翼型优化设计，提高叶片捕风能力和叶片性能；
8.步骤c、建立最佳容量范围计算模型，通过设定风电场总装机容量、离岸距离参数，根据不同单机容量下风电机组发电量和投资成本，测算相同规模条件下海上风电场收益率，初步评估最佳单机容量的范围，完成风机开发平台的开发，并据此完成风电机组大部分结构和部件的设计和开发；
9.步骤d、根据具体的海上风电项目，进行不同风机布置方案的发电量计算，结合项目建设方案，测算不同单机容量下收益率，并选择收益率最大的单机容量作为定制化风电机组容量，最终风机定型，完成定制化风电机组开发。
10.优选的，所述步骤a中目标海域风资源情况一般包括：年平均风速、风速风向分布、最大和极大风速、湍流强度和空气密度以及其他气象参数。
11.优选的，作为区域定制化，年平均风速范围的最大最小风速差在0.5m/s 范围内。
12.优选的，所述步骤b中，增加叶片长度，以增加扫风面积和发电量；结合目标海域风资源特点，开展针对性翼型设计和优化。
13.优选的，所述步骤c中，在叶片长度和翼型确定的条件下，计算不同单机容量下的
某一风电场的收益率。
14.优选的，定制化风机容量确定需要准确的收益率测算，收益率测算需要发电量计算的准确性，可以通过数值模型计算得。
15.优选的，所述收益率测算需要风电场投资成本的准确性，由于投资成本构成复杂，准确评估难度较大，根据已建海上风电项目投资决算数据，并对其中有变化的成本项进行修正，无变化项予以保留，测算出新项目投资成本。
16.优选的，所述步骤c中选择收益率不低于0.2％的单机容量作为初步备选的单机容量，确定定制化风机的开发平台，并可据此完成大部分风机部件设计。
17.优选的，所述步骤d中，针对定制海域具体风电场，选用收益率最佳的单机容量，风机定型，完成定制化风电机组的全部设计和开发。
18.优选的，所述选用收益率最佳的单机容量：根据步骤c中所确定的备选单机容量，结合拟应用不同风机布置方案、风场离岸距离、场址形状，测算各单机容量风机的收益率，并选择收益率最佳的单机容量作为该风场风电机组的单机容量。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用区域定制、超长叶片和最佳单机容量措施，提高定制海域风电机组发电利用小时数和收益率，从全场成本投入和产出最优的角度出发，开发出区域定制化风电机组。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例
22.本发明提供一种技术方案：一种区域定制化海上风电机组的开发方法，开发针对某海域范围的定制化海上风电机组，目标场址年平均风速在 7.5～8m/s，极限风速：50年一遇10分钟平均风速为42.5m/s；
23.步骤a：选定目标海域，确定目标海域风资源情况和其他气象参数；
24.定制化海域离岸距离在50～70km，轮毂高度年平均分风速在7.5～8.0m/s，按照7.8m/s年平均风速作为测算风速；
25.步骤b：根据风资源和气象条件，结合叶片生产工艺和施工船机吊高能力，确定叶片长度，通过提升叶片长度来提升风电机组扫风面积和发电量；结合风资源和气象特点，针对性开展翼型优化设计，提高叶片捕风能力和叶片性能；
26.叶片长度选择为110m；叶片长度确定应考虑技术领先性、生产工艺成熟度和船机吊装施工能力，目前最长风电机组叶片长107m，国内已经下线最长叶片长度102m，故本定制化风电机组叶片长度选择不低于已有叶片长度；110m 叶片叶根处节圆直径可控制在4.8m左右，多个叶片生产工厂能满足吊装及生产要求；110m叶片轮毂高度预计在130m以内，目前国内有近十艘在建和改装的吊装船舶可满足本叶片的吊装施工要求；
27.翼型优化考虑定制海域的年平均风速和极限风速，进行叶片气动外形和结构设计，以发电量总体最优为目标，力求cp曲线较宽，以覆盖更宽的风速区间；
225m，并据此完成风电机组的待定齿轮箱和发电机设计，最终完成定制化风电机组开发。
35.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、选定目标海域，确定目标海域风资源情况和其他气象参数；气象参数包括目标海域年平均风速、风速、风向玫瑰图、最大风速、台风、气温、气压、暴雨和雷暴气象参数；步骤b、根据风资源和气象条件，结合叶片生产工艺和施工船机吊高能力，确定叶片长度，通过提升叶片长度来提升风电机组扫风面积和发电量；结合风资源和气象特点，针对性开展翼型优化设计，提高叶片捕风能力和叶片性能；步骤c、建立最佳容量范围计算模型，通过设定风电场总装机容量、离岸距离参数，根据不同单机容量下风电机组发电量和投资成本，测算相同规模条件下海上风电场收益率，初步评估最佳单机容量的范围，完成风机开发平台的开发，并据此完成风电机组大部分结构和部件的设计和开发；步骤d、根据具体的海上风电项目，进行不同风机布置方案的发电量计算，结合项目建设方案，测算不同单机容量下收益率，并选择收益率最大的单机容量作为定制化风电机组容量，最终风机定型，完成定制化风电机组开发。2.根据权利要求1所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述步骤a中目标海域风资源情况一般包括：年平均风速、风速风向分布、最大和极大风速、湍流强度和空气密度以及其他气象参数。3.根据权利要求2所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，作为区域定制化，年平均风速范围的最大最小风速差在0.5m/s范围内。4.根据权利要求1所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述步骤b中，增加叶片长度，以增加扫风面积和发电量；结合目标海域风资源特点，开展针对性翼型设计和优化。5.根据权利要求1所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述步骤c中，在叶片长度和翼型确定的条件下，计算不同单机容量下的某一风电场的收益率。6.根据权利要求5所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，定制化风机容量确定需要准确的收益率测算，收益率测算需要发电量计算的准确性，可以通过数值模型计算得到。7.根据权利要求6所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述收益率测算需要风电场投资成本的准确性，由于投资成本构成复杂，准确评估难度较大，根据已建海上风电项目投资决算数据，并对其中有变化的成本项进行修正，无变化项予以保留，测算出新项目投资成本。8.根据权利要求5所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述步骤c中选择收益率不低于0.2％的单机容量作为初步备选的单机容量，确定定制化风机的开发平台，并可据此完成大部分风机部件设计。9.根据权利要求1所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述步骤d中，针对定制海域具体风电场，选用收益率最佳的单机容量，风机定型，完成定制化风电机组的全部设计和开发。10.根据权利要求9所述的一种区域定制化海上风电机组的开发方法，其特征在于，所述选用收益率最佳的单机容量：根据步骤c中所确定的备选单机容量，结合拟应用不同风机布置方案、风场离岸距离、场址形状，测算各单机容量风机的收益率，并选择收益率最佳的
单机容量作为该风场风电机组的单机容量。

技术总结
本发明公开了一种区域定制化海上风电机组的开发方法，涉及海上风电技术领域，步骤A、选定目标海域，确定目标海域风资源情况和其他气象参数；步骤B、根据风资源和气象条件，结合叶片生产工艺和施工船机吊高能力，确定叶片长度；步骤C、建立最佳容量范围计算模型，通过设定风电场总装机容量、离岸距离参数，根据不同单机容量下风电机组发电量和投资成本；步骤D、根据具体的海上风电项目，进行不同风机布置方案的发电量计算。本发明从全场成本投入和产出最优的角度出发，通过采用区域定制、超长叶片和最佳单机容量措施，开发出区域定制化风电机组，从而实现提高定制海域风电机组发电利用小时数和收益率的目的。时数和收益率的目的。


技术研发人员：张翼 刘建勋 何倩倩 文锋 王靛 王磊 吴腾飞 肖耀明 黄勇 胡猛进 牟金善 赵子帅 陆恒星
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车研究所有限公司
技术研发日：2022.06.09
技术公布日：2022/11/1