1、 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目：论文（设计）题目：六盘水盘县轿顶山风电场的规划与设计六盘水盘县轿顶山风电场的规划与设计 学学 院：院：XXXXXXXXXX 学院学院 专专 业：业：新能源科学与工程新能源科学与工程 班班 级：级： 能能 源源 XXXX 学学 号：号： XXXXXXXXXXXX 学生姓名：学生姓名： XXXXXX 指导教师：指导教师： XXXXXXXXXXXXXX 2014 年 5 月 31 日 贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师 的指导下独立进行研究所
2、完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已 经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文（设计） I 目录目录 目录 . I 摘 要 III Abstract . IV 第 1 章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 风力资源概述 2 1.2.1 风力资源的特点 . 2 1.2.2 风力发电原理 . 2 1.2.3 世界风力资源分布状况 . 3 1.2.4 国内外风电发展现状 . 4 1.3 我国风力资源区域划分概述 5 1.4 我国风力发电现状 6 1.5 贵州省风力资源分布及风电现状 7 1.5.1 贵州省风
3、力资源分布情况 . 7 1.5.2 贵州省风力发电现状 . 8 1.6 本设计的主要内容 9 第 2 章 风电场风资源数据分析与评估 10 2.1 数据来源 10 2.2 风资源分析 10 2.2.1 风资源区域概述 . 10 2.2.2 风速和风功率密度数据分析 . 10 2.2.3 风速和风能频率分析 12 2.2.4 风向频率和风能密度分析 . 15 2.3 风资源和气象条件综合评价 16 第 3 章 风力发电机组设备选型及微观选址及发电量预估 19 3.1 风力发电机组设备的选型 19 3.1.1 风力发电机组选型时应考虑以下因素 19 3.1.2 风电机组制造商的制造能力 . 20
4、3.1.3 风力发电机组优选 . 20 3.2 风电场的微观选址分析 23 3.2.1 微观选址要求 . 23 3.2.2 风电机组布置原则 . 24 3.2.3 风电机组布置 25 3.2.4 风电场风机排布 25 3.3 年上网电量估算 . 26 第 4 章 电气一次设计分析 28 4.1 主接线设计原则及要求 28 4.2 主要电气设备选择 28 4.2.1 变压器的选择 . 28 贵州大学本科毕业论文（设计） II 4.2.1 断路器的选择 . 30 4.2.2 互感器的选择 . 30 4.3 电气主接线绘制 30 第 5 章 结 论 32 参考文献 33 致 谢 34 贵州大学本科毕
5、业论文（设计） III 六盘水盘县轿顶山风电场的规划与设计六盘水盘县轿顶山风电场的规划与设计 摘摘 要要 在第三次工业革命到来之际，为满足人类生存需要，保持社会经济可持续发展，能 源节约和可再生能源的开发利用越来越受到重视。风能是目前最具规模开发，技术较成 熟的可再生能源之一。对于合理规划和设计风电场是利用风力资源的重要前提，决定着 国家能源结构布局，因此本文通过利用 WAsP 软件，以六盘水市盘县轿顶山为前提，对 该地风电场的风资源进行分析与评估；根据分析结果进行该地风电场的规划与设计。通 过对轿顶山风电场的规划与设计，更高效地将风能资源转化为电能，获得轿顶山风电场 的风资源情况，为风电场积
6、累建设的基础技术经验,为今后开发山地风电场提供参考和 借鉴。 关键词关键词 : : WAsP 软件, 轿顶山,风电场规划与设计 贵州大学本科毕业论文（设计） IV The planning and design of Liupanshui Panxian Jiaoding mountain farm Abstract In the third industrial revolution is approaching, in order to meet human survival needs, maintain social and economic sustainable developme
7、nt, energy conservation and development of renewable energy sources and more attention. Wind energy is currently the largest development, technology is one of the more mature renewable energy. An important prerequisite for rational planning and design of wind farms using wind resources to decide the
8、 countrys energy structure and layout, this paper by using WAsP software to Liupanshui Panxian jiaoding mountain premise of the analysis of the wind resource to wind farm and evaluation; according to the results of the analysis to wind farm planning and design. By car roof wind farm planning and des
9、ign, more efficient wind energy resources into electricity, basic technical experience eligible for the construction of wind farms, and provide reference for the future development of mountain wind farm. Key words：WAsP software, Panxian jiaoding mountain , Wind farm planning and design 贵州大学本科毕业论文（设计
10、） 第 1 页 第第 1 章章 绪论绪论 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 全球风力发电在经过前几年的平淡发展后， 目前已迎来了新的发展热潮， 2014 年风 电新增加的装机容量就突破了 5 亿千瓦，其中全球 2014 年风电新装机容量排名前五位 的是中国、德国、美国、巴西和印度。中国以 2319.6 万千万的新装机容量占全球榜首， 德国以 527.9 万千瓦排名第二，全球排名第三的美国新增装机容量达到 485.4 万千瓦。 然而在 2014 年全球风电累计装机容量排名前五从高到低分别是：中国、美国、德国、 西班牙及印度。从国内来看，2015 年 6 月底，全国风电累计并网容量达到
11、1.05 亿千瓦， 中国在十三五规划更是重视发展风力发电，预计到 2020 年时，风电装机容量达到 2000 万千瓦， 并且要让风电与煤电上网电价相持平。 因此为来我国风力发电将迎来一片热潮， 其发展潜力巨大。 我国在风力发电技术上的研究也已较为成熟。对风电场的规划与设计也有很多相关 领域及高校进行研究并获得一定的成效，比如：河北科技大学一名学生发表的硕士论文 山地风电场工程规划设计，通过对金紫山风电场的规划设计，使风能资源得到合理 利用，为社会创造价值，给风电相关行业提供借鉴及参考。风力发电利用已成为一种趋 势，对风能资源的合理、精准掌握也就成为了各国攻坚的技术之一。利用精准的风资源 数据，
12、通过优化的规划和设计风电场将对国家增加发电量，改善地区能源结构，带动地 区经济发展及改善生态环境影响重大。风力发电作为一种可再生能源，合理利用风力发 电对于改善我国能源结构、提高地方能源供应的多样性和安全性及增加就业带动国内经 济快速发展意义重大。贵州省六盘水市盘县轿顶山地形相当复杂，风电场所处位置离城 市较远，如果建立风电场，则就需要考虑很多因素，在进行风电场规划与设计时，应注 意气象数据的不稳定、数据较少、可关联性低等问题1；通过对轿顶山风电场的规划与 设计，可以更高效地将风能资源转化为电能，将促进贵州省的能源结构的变革，实现风 电场的优化设计，在风电场建设方面获取相关的技术经验，为山地、
13、丘陵等复杂地形建 立风电场和以后从事相关研究提供参考和借鉴。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 1.21.2 风力资源概述风力资源概述 1.2.1 风力资源的特点风力资源的特点 风力资源是因太阳辐射使地球表面受热不均，空气流动产生动能的自然资源。风能 属于可再生新能源，其全球资源蕴藏量巨大且分布广泛，利用过程中污染较小。风能利 用基本没有对环境的直接污染和影响；风电机组运行噪声在 4050dB 左右，远小于汽车 的噪声，在距离风电机组 500m 外已基本不受影响。由于风能是由空气的流动而产生， 而其风能密度将会随着空气密度的变化而变化，当空气密度很小时，风力能量密度也随 着变得很低。此
14、时如果想要获得更多的风力，就必须要将风力机的风轮做的很大，这对 于安装风力机难度加大且风力机的使用寿命也受到很大的影响。根据不同地区风能差异 和不稳定性；风能面临着地形地物的制约，风力发电的影响比较大，即便是在同一个区 域，随着季节、昼夜、有利地形处风力的大小等因素的影响，导致风能也就不同，而在 风能储存上也涉及这较多问题2。这些因素都大大增加了风能的利用难度和制约着其发 展。 1.2.2 风力发电原理风力发电原理 随着社会的高速发展，人类对风的利用有了飞跃的变革；从远古风车经过相当长时 间发展，如今在风的利用上，已经形成了比较成熟的风力发电技术，人类以风力发电原 理为基础， 在利用风力发电的
15、过程中， 随着科学技术的发展风力利用技术跟着技术创新， 以更优、更高效的方式充分利用风能资源，为人类社会发展创造更多的价值。对风力的 认识知道风力发电分为陆地风力发电和海上风力发电，但是无论以何种风力发电形式进 行风资源利用，其主要的构成设备是风力发电机组（简称风电机组）。机械组中的风轮 充当着风电机组的心脏，当风电机组进行风力发电时，风轮吸收风力，为风力机发电提 供源源不断的机械能。其中风轮包括叶片和轮毂。叶片通过气流带动风轮旋转，将空气 动力的能量换成机械能，要求具有较好的空气动力外形；机械能驱动齿轮箱里面的齿轮 旋转并增加转速，牵引发电机发电，实现机械能向电能的转变；最后，通过场变压器将
16、 每一台风力发电机的风能汇集起来传输到升变压器，根据电网的要求变压器将电能升到 同电网一样的电压等级电压，从而实现并网运行发电 3。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 1.2.3 世界风力资源分布状况世界风力资源分布状况 根据相关资料的统计，全球风资源储量较为可观，每年有将近 1.510 18KWh 的辐射 能来自外层空间，其中 2.5的能量在辐射过程中被大气吸收，被吸收的能量使得大气 受热不均从而产生大约 4.3l0 l2kWh 的风能。全球风资源所占陆地面积及风力在 3 至 7 级面积分布情况如表 1.1。 表表 1.1 1.1 全球风能资源分布全球风能资源分布 地区 陆地面积(k
17、m2) 风力 37 级所占的面积（km2） 北美 19339 7876 拉丁美洲和加勒 比 18482 3310 西欧 4742 1968 东欧和独联体 23049 6783 中东和北非 8142 2566 撒哈拉以南非洲 7255 2209 太平洋地区 21354 4188 （中国） 9597 1056 中亚和南亚 4299 243 总计 106660 29143 欧洲欧洲 在整个欧洲大陆上，大部分地区的风速基本在 6 至 7m/s 以上，但是部分地区如伊 比利亚半岛中部、意大利北部、等部分东南欧地区以及土耳其地区等区域风速较小，在 4 至 5m/s 以下。但相对于全球风力资源分布情况来说，
18、欧洲风资源相当丰富，风能利用 技术最为发达，其中在沿海地区风资源最为丰富，年平均风速到达 9m/s 以上 4。由此观 之，合理利用好风资源是对于地区能源发展相当重要。 亚洲亚洲 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 中亚地区蕴含的风能十分丰富，在草原和阿拉伯半岛及其沿海沙漠大部分地区很多 地区风速都在 6 至 7m/s；蒙古高原风速更是到达 9m/s，由于空气密度低，风功率密度 就很低， 风能的利用就不太好； 南亚次大陆沿海和亚洲东部及其沿海地区风速也在 6m/s 以上，但气候复杂多变，地震台风海啸等自然灾害较多也不利于风能的开发利用。 非洲非洲 撒哈拉沙漠沙漠在其以北地区风速基本是 6
19、至 7m/s 以上，以南地区风速较低，大 部分地区均在 5m/s 以下，部分地区甚至还不到 3m/s，南部不利于开发利用；南非陆地 上风资源较好， 其风速能基本达到 7m/s 以上； 南部沿海风速很大， 达到 8 至 9m/s 以上 ， 中东部沿海风速也较大，达到 6 至 7m/s，具有较大风资源储量可开发利用。 中北美洲中北美洲 中北美洲具有丰富的风能资源，开发利用价值极大。其风资源主要分布于北美大陆 中东部及其东西部沿海等地区。由于其开阔平坦地形，美国中部地区北美大草原及大部 分沿海年平均风速均在 7m/s 以上；而在其东西部沿海地区风速可达到 9m/s。 南美洲南美洲 阿根廷均处于风资源
20、丰富区，风速均在 6m/s 以上，其南部地区的风速甚至达到 8 至 9m/s； 巴西东南部的高原地区风速在 7m/s 以上， 安第斯山脉地区风速达到 9m/s 以上； 沿海东部沿海以及南部沿海地区的风速普遍达到 8 至 9m/s，南美洲风力资源较为丰富， 风能储量较大。 1.2.4 国内外风电发展现状国内外风电发展现状 从 20 世纪 90 年代起，环境汅染和气候变化等由于能源的滥用从而导致的问题渐渐 引起人们的注意，便使风力发电等洁净的可再生能源进行研发利用也重新使许多国家政 府注目，在欧洲，利用风的能量来进行发电，这一环保举措，实现了风力发电从实验阶 段进入到商业规模的联网运行。一般来说大
21、型风电机组大多建造在广阔、没有人员进行 看管的郊区，在进行风力发电时，建造及运行过程中会受到恶劣气候的干扰，所以在进 行示范性的试验时， 样机经常会因各种因数出现各种问题， 导致风电机组的稳定性较低。 所以，人们在进行试验时，优先选用选择结构简单，小容量、失速调节、三叶片、恒速 运行的风力发电机组投入运行，实践证明这种机组相当成功。在目前，实现商业化运行 的风力发电机组单机总容量已经达到了 20 世纪 80 年代的示范机组规模，机组的效率得 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 到很大的提高是由于机组实现变速方式调节及变桨距运行，并且出现了更先进的一种直 接由风力来推动风机工作和双馈式新型
22、风力发电机组。 我国的开发利用风力发电技术始于 1970 年。根据牧民和农民所在地区的需求，从 彷制国外的风电机组到我国的自行研究，我国的风力电场建设也在这时逐步进入起步阶 段，并把新疆和内蒙古作为风电场地理位置选择，安装了数台国外引进的风电机组，以 此开始了对并网风力发电技术进行测验和示范。在经过了 15 年左右的技术与经历的发 展，我国风力发电也已大致地弄清了 300500kW 的大型风电机组的设计与制造技术。 到 21 世纪，由于世界各国大力发展经济，能源和环境问题日益突出 。使得我国的风电 技术渐渐进入迅猛的发展时期。并且风力发电必将在不就得将来成为我国解决边远地区 的用电问题的的主要
23、方法之一。 1.1.3 3 我国风力资源区域划分概述我国风力资源区域划分概述 中国地大物博，幅员辽阔，地形复杂，因此风能资源的分布特点随地形和地理位置 差异而变化较大。根据相关风资源类别划分标准，按年平均风速的区域变化，将我国风 力资源按各地风力资源的不同大体可分为以下 4 个区域，见表 1.2 5 表表 1.21.2 中国风力资源区域划分中国风力资源区域划分 区别 平均风速 （m/s） 分布地区 丰富区 6.5 西北、华北、东北北部地区、福建等东南沿海、松花江 下游、山东和辽东半岛 较丰富区 5.56.5 西北、华北、东北地区南部地区、东南沿海内陆及渤海、 青藏高原区 可利用区 3.05.5
24、 中部、大小兴安岭地区及两广沿海区 贫乏区 3.0 塔里木盆地、云贵川和南岭山地区 我国风能资源丰富的地区主要分布在： 西北、 华北、 东北地区 （简称 “三北” 地区） ； 该地区内风能功率密度达到 200300W/m2以上，风能资源储量占到全国陆地风能资源 总储量的 79%左右。全年可利用的小时数在 5000h 至 7000h 以上，由上可见，该地区资 源条件优越，完全具备了建设大型风电基地的条件，拥有巨大的风力发电开发潜力。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 1.1.4 4 我国风力发电现状我国风力发电现状 中国正进入加速工业化建设的深水期，随着全球社会经济的持续发展，面临的资源
25、 和环境问题越加凸显，为此我国大力发展风电、太阳能等清洁能源。2014 年我国风力发 电累计装机容量达到 9.64 亿千瓦，占全国发电装机容量的 7%左右。其中风力发电上网 电量达到 1500 亿千瓦时， 占全部发电量的 2.8%。 我国 2014 年风电新装机容量和累计装 机容量排名前五的省份如图 1.1 和图 1.2， 由图表可知我国风力发电在内蒙古和甘肃两个 省份发展最快，无论是在新装机容量还是累计装机容量都在我国排前三，因此加强该省 份地区的风能发电，从部分省份开始带动全国能源的发展将对于改善我国能源结构具有 重要的意义。 图图 1.1 20141.1 2014 年中国风电新装机容量排
26、名前五的省市年中国风电新装机容量排名前五的省市 050100150200250300350400 甘肃 新疆 内蒙古 宁夏 山西 装机容量（单位：万千瓦）装机容量（单位：万千瓦） 系列 1 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 图图 1.2 20141.2 2014 年中国风电累计装机容量排名前五的省市年中国风电累计装机容量排名前五的省市 1.51.5 贵州省风力资源分布及风电现状贵州省风力资源分布及风电现状 1.5.1 贵州省风力资源分布情况贵州省风力资源分布情况 根据贵州风能资源详查和评估报告可得，贵州 70 米高度风能资源情况如表 1.3 表表 1.3 1.3 贵州省风资源开发可利用
27、情况表贵州省风资源开发可利用情况表 区间（W/m 2） 技术开发面积（km 2） 技术开发量（万千瓦） 200 2769 770 250 2002 558 300 1630 456 400 568 157 从地区来看，贵州风资源较为缺乏且分布上也相对零散。根据相关资料可得，贵州 风能资源西部及中部好于东部、 南部及北部， 但是风资源利用的高值区分布也相对零散， 分布不均 6。根据资料可知贵州省风能资源分布如图 1.3。由图可得较为丰富的区域主 要分布为铜仁市、遵义市东部、毕节市中北部、市西部，六盘水市南部，黔西南州中南 部及黔东南州北部等地区；缺乏区主要分布在遵义市西北部、贵阳市北部、黔西南州
28、局 部及黔南和黔东南州局部。 05001000150020002500 山东 新疆 河北 甘肃 内蒙古 装机容量（单位：万千瓦）装机容量（单位：万千瓦） 系列 1 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 图图 1.3 1.3 贵州省风力资源分布图贵州省风力资源分布图 1.5.2 贵州省风力发电现状贵州省风力发电现状 从我国风力资源分布情况来看，贵州省属于风能资源较差省份之一，其中因其气候 条件恶劣，地形崎岖，一直以来贵州省被认为是风资源缺乏的省份。在对贵州省风资源 的精确评估后，经过了两年多时间，贵州省风力发电实现了突飞猛进地发展。截止 2013 年底， 贵州的风电并网装机容量达到了 102
29、.36 万千瓦， 在建容量达到了 186.45 万千瓦。 各市并网风电装机容量情况如下表 1.4 表 1.4 2013 年贵州省各市并网风电装机容量情况 名称 毕节市 六盘水 黔东南州 黔南州 贵阳市 合计 装机容量(MW) 543 95 49.6 256.5 79.5 1023.6 从上表可看出毕节市 2013 年风电装机容量占全省的 53.5%， 由于毕节地区风力资源 相对于其他市较为丰富，对于贵州省风能利用就主要以毕节地区为主的分散式开发。然 而从贵州省以煤为主，以水为辅的能源结构来看，对于“西南煤海”之称的贵州来说， 为改善贵州日益凸显的环境问题及改变能源结构，对贵州风力发电开发利用就
30、显得十分 重要。无论是国家还是省政府对风电也给予大力的支持。在 2011 年，贵州省从 2011 年 到 2013 获得的年度装机容量分别为：50 万千瓦、100 万千瓦和 120.6 万千瓦；在 2014 年度更是达到了 155.1 万千瓦 7。然而高原山地风电场的建设更具难度，投资也更大。 但是通过合理的规划与设计还是有开发利用价值的，未来，贵州风电开发将一片光明。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 1.61.6 本设计的主要内容本设计的主要内容 （1）以六盘水轿顶山风电场为基础，通过收集风电场风资源数据，利用 WAsP 软件 对风资源数据进行分析与评价； （2）根据分析后的风资源
31、结果，运用 WAsP 软件建立轿顶山风电场的矢量地形图， 输入相关数据开展风电场风力发电机组优化选型及风电场微观选址分析； （3）依据微观选址的结果对风电场进行电气一次设计和电气主接线绘制。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 10 页 第第 2 章章 风电场风资源数据分析与评估风电场风资源数据分析与评估 2.12.1 数据来源数据来源 新能源门网站。 该网站采用高性能计算服务器， 利用先进的中尺度天气预报模式 WRF 及 CFD 流体力学模型，利用四维变分同化技术将近 600 座测风塔数据、300 多座辐照仪 观测数据、地面观测站以及卫星、雷达数据进行资料同化，提供全国 1km 分辨率的高精
32、度历史模拟数据，包括风速、风向、风功率密度等风资源数据。 2.22.2 风资源分析风资源分析 2.2.1 风资源区域概述风资源区域概述 贵州省六盘水市盘县轿顶山风电场分为南北两个区域(经度：104 o49 维度：26o6)， 北部区域位于六盘水市盘县普古乡与水城县龙场乡交界处，南部区域位于六盘水市盘县 普古乡与松河乡、淤泥乡交界处。 2.2.2 风速和风功率密度数据分析风速和风功率密度数据分析 根据获取的贵州省六盘水市盘县轿顶山风电场所在地风资源数据表 2，利用 WAsP 软件制出全年风速和风功率密度年变化曲线图 2， 从图中可知风场大风月出现在 2 月、 3 月、4 月、5 月、6 月、7
33、月、9 月，风速、风功率密度较大；小风月出现在 1 月、8 月、 10 月、11 月、12 月，风速、风功率密度较小；风速、风功率密度在 3 月份最大，1 月 份最小。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 11 页 表表 2 2 全年风速和风功率密度年变化全年风速和风功率密度年变化 时间时间 10 米风速米风速 （m/s） 10 米风功率米风功率 （W/m2） 70 米风速（米风速（m/s） 70 米风功率（米风功率（W/m2） 1 4.3 66.26 5.03 104.7 2 5.42 125.38 6.3 195.13 3 5.69 160.4 6.46 230.34 4 5.43 147.
34、05 6.24 217.19 5 5.55 134.22 6.38 199.35 6 5.19 113.99 5.98 167.34 7 5.2 131.05 6.18 208.25 8 4.9 108.6 5.86 179.83 9 5.13 196.55 6.09 317.15 10 4.72 99.08 5.51 158.7 11 4.72 95.47 5.55 157.47 12 4.81 103.61 5.68 169.93 图图 2 2 全年全年 10m10m、70m70m 风速和风功率密年变化曲线风速和风功率密年变化曲线 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 12 页 10m10m、
35、 70m70m 风速全年变化曲线风速全年变化曲线 1010、7070m m 风功率密度年变化曲线风功率密度年变化曲线 2.2.3 风速和风能频率分析风速和风能频率分析 根据轿顶山风电场所在地全年风速和风能频率分布统计，表 3 数据，利用 WAsP 软 件得出该地全年风速和风能频率分布图 3， 由图可知， 10m 高度处风速在 1、 2、 3、 4、 5、 6m/s 出现的频率较高，总和为 80.90%；风能在 15、16、17、18、19、20m/s 出现的频 率较高，总和为 74.74%；测风塔 70m 高度处风速在 2、3、4、5、10、11m/s 出现的频 率较高，总和为 92.42%；
36、风能在 14、16、17、20、21、22m/s 出现的频率较高，总和为 69.02%。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 13 页 表表 3 3 全年风速和风能频率分布统计表全年风速和风能频率分布统计表 风速区间 10m 风速频率% 10m 风能频率% 风速区间 70m 风速频率% 70m 风能频率% 0-1 7.84 0 0-1 1.45 0 1-2 14.14 0.02 1-2 9.38 0.02 2-3 18.52 0.06 2-3 20.37 0.05 3-4 17.21 0.15 3-4 25.7 0.12 4-5 13.5 0.29 4-5 26.02 0.22 5-6 9.69
37、 0.49 5-10 6.33 1.74 6-7 5.94 0.78 10-11 4.62 2.31 7-8 4.24 1.18 11-12 2.67 2.98 8-9 3.06 1.67 12-13 1.48 3.83 9-10 1.8 2.3 13-14 1 4.8 10-11 1.23 3.06 14-16 0.45 7.11 11-12 0.78 3.92 16-17 0.22 8.48 12-13 0.38 5.06 17-20 0.11 13.91 13-14 0.29 6.29 20-21 0.06 16.17 14-15 0.16 7.69 21-22 0.07 18.55 1
38、5-16 0.09 9.48 16-17 0.06 11.22 17-18 0.07 13.36 18-19 0.04 15.75 19-20 0 17.24 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 14 页 图图 3 3 全年风速和风能频率分布图全年风速和风能频率分布图 10m10m 全年风速频率分布图全年风速频率分布图 70m70m 全年风能频率分布图全年风能频率分布图 1010 全年风能频率分布图全年风能频率分布图 70m70m 全年风能频率分布图全年风能频率分布图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 15 页 月平均风速 5.94m/s，其中 3 月风速最大，5 月次之，而 1 月、8 月、1
39、0 月、11 月、 12 月风速最小。风速与风功率密度变化趋势一致，风能密度最大约为 317.15W/m，最 小约为 104.70 W/m 。 2.2.4 风向频率和风能密度分析风向频率和风能密度分析 表 4 和表 5 分别为项目所在地多年平均风向频率和风能频率统计表，由该表做出的 风向和风能玫瑰图见图 4 和图 5。图表结合可知，项目所在地的主导风向为 WSW（西南 偏西 风），占比 11.9%。盛行风能的方向与主导风向一致。 表表 4 4 多年平均风向频率统计表（多年平均风向频率统计表（% %） 方位方位 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 百分比 0.2 2.8 8.2
40、10.5 8.5 6.6 6.2 6.5 方位方位 S SSW SW WSW W WNW NW NNW 百分比 7.9 8.7 11.4 11.9 6.5 2.2 1.2 0.6 表表 5 5 多年平均风能频率统计表（多年平均风能频率统计表（% %） 方位方位 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 百分比 38.77 10.69 4.63 2.04 1.05 1 1.21 1.67 方位方位 S SSW SW WSW W WNW NW NNW 百分比 3 3.81 3.24 3.48 3.11 3.03 4.61 8.24 图图 4 4 图图 5 5 贵州大学本科毕业论文（设计）
41、 第 16 页 表表 6 6 贵州省六盘水市盘县贵州省六盘水市盘县 70m70m 风能资源和气象统计表风能资源和气象统计表 指标 数值 平均风速(m/s) 5.94 最大风速(m/s) 23.84 最小风速(m/s) 0.20 主导风向 WSW（西南偏西风） 平均压强(Hpa) 828.25 平均温度() 11.47 最高温度() 30.18 最低温度() -10.52 2.32.3 风资源和气象条件综合评价风资源和气象条件综合评价 贵州省六盘水市轿顶山风电场所在地主导风向为 WSW（西南偏西风）。大风月出现 在 2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月、9 月，风速、风功率密度较大；小
42、风月出现在 1 月、8 月、10 月、11 月、12 月， 风速、风功率密度较小；风速、风功率密度在 3 月 份最大，1 月份最小。综合来看：10m 高度处的年平均风速为 4.07m/s，年平均风功率密 度为 123.47W/m 2 ；70m 高度处的年平均风速为 5.94m/s，年平均风功率密度 192.11W/m 2 ；。参照国家标准风电场风能资源评估方法(GB/T18710-2002)风功率密 度等级划分情况表 2.3 可知，贵州省六盘水市盘县风资源等级为 2，可开发利用风能。 图 2.3 是贵州省六盘水市盘县风资源分布图。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 17 页 图图 2.32.3
43、 贵州省六盘水市盘县风资源分布图贵州省六盘水市盘县风资源分布图 按照国家标准风电场风能资源评估方法(GB/T18710-2002)风功率密度等级见表 2.4，风功率密度是风场风能资源的综合指标。 表表 2.42.4 风功率密度等级风功率密度等级 风功率密度等级风功率密度等级 10m 高度高度 30m 高度高度 50m 高度高度 应用于并网应用于并网 风力发电风力发电 风功率密度风功率密度 W/m2 年平年平 均风均风 速参速参 考值考值 m/s 风功率密风功率密 度度 W/m2 年平均年平均 风速参风速参 考值考值 m/s 风功率密风功率密 度度 W/m2 年平均年平均 风速参风速参 考值考值
44、 m/s 1 100 4.4 160 5.1 200 5.6 较差 2 100-150 5.1 160-240 5.9 200-300 6.4 一般 3 150-200 5.6 240-320 6.5 300-400 7.0 较好 4 200-250 6.0 320-400 7.0 400-500 7.5 好 5 250-300 6.4 400-480 7.4 500-600 8.0 很好 6 300-350 7.0 480-640 8.2 600-800 8.8 很好 7 350-400 9.4 640-1600 11.0 800-2000 11.9 很好 贵州大学本科毕业论文（设计） 第
45、18 页 应注意上图中风速参考值依据的标准条件与风场实际条件的差别：按风切变指数为 1/7 推算不同高度的年平均风速参考值，按海平面标准大气压及风速频率推算风功率密 度上限值对应的年平均风速参考值8。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 19 页 第第 3 章章 风力发电机组设备选型及微观选址及发电量预估风力发电机组设备选型及微观选址及发电量预估 3.13.1 风力发电机组设备的选型风力发电机组设备的选型 3.1.1 风力发电机组选型时应考虑以下因素风力发电机组选型时应考虑以下因素 （1）国内外风电机组制造商的制造能力是选址风机选型的首要因素。在近几年来，风 力发电机组的主要零部件的科技水平有着
46、明显的提高，在风力发电机组的整体的生 产方面也有着显著的增强，因此，在关于风力发电机组的抉择方面也要根据风机的 生产厂商所掌握的科技水平以及生产出的风机的使用情况来决定 9。 （2）风轮在工作时产出电量的工作效率的调控方法。风轮在工作时产出电量的工作效 率的调控方法主要有失速调节和变桨距调节这两类。在目前的市场上主要是采用变 桨距调节控制的方式，但两种控制方式在不同的环境运行时各有利弊，因此要选择 合适的各自适应环境下工作。 （3）风电机组的工作方式。风电机组的工作方式分成变速运行和恒速运行。恒速工作 的风力发电机的有点为调控方便，具有良好的稳定性能。其劣势为因为转速在一般 情况下保持不变，并
47、且风的速递总会发生改变，所以致使风力机组总会运行于风能 利用系数（Cp）比较小的位置处，从而导致不能完全的使用风能 10。变速工作的风 力发电机组通常使用双馈异步发电机或者多极永磁同步发电机。 （4）电机的种类。发电机的种类包涵异步发电机、双馈感应型发电机以及多极永磁同 步电机。风力发电机最多使用的是被普遍使用的异步发电机，在平时运行的时候， 且当产生有用的功率的同时，必须在风机的电力系统中吸取一部分的无用功才可以 进行正常工作 9。使用多极永磁同步发电机的风电机组，它的发电机为外转子型， 其转抽处在定子的外面，发电机的大小以及外圆直径比较小，其质量也小，便于输 送。 （5）风力机传输动力的方
48、式。风力机传输动力的方式包涵了齿轮传动方式以及无齿轮 箱直驱方式。现在，风力机一般都使用齿轮来进行传动，虽然花费的本钱比较少， 然而会导致风能转化为电能的效率减少、有巨大的杂音，这些便是导致部件发生故 障的重要因素，并且要减小对部件的耗损程度就必须进行润滑与清洗等定期的维护 和保养。使用无齿轮箱的直接驱动的方法会增大风力机的制造成本，但可以更加有 效地增大整个风机工作的效率和工作稳定性。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 20 页 3.1.2 风电机组制造商的制造能力风电机组制造商的制造能力 国外主要风机生产厂商的状况描述如下： （1） Vestas Wind Systems A/S：位于丹麦
49、的 Vestas 公司为全球风电产业内科技水平最 高的厂商，他们的主要做的便是开发、制造、维护以及对风电系统的出售 9。这 家公司于 19 世纪 70 年代末便开始了生产风力发电机，在 80 年代末其便将目光 聚焦在风能的使用研讨上，此后发展成为全球风电的高科技领军。 （2） Bonus Energy A/S： 在 1979 年后位于丹麦的 Bonus 公司只在对当时使用最多的风 力机进行生产，并且成为了全球非常出名的生产厂商，在这过程中不间断的研究 出新的风力发电机技术。这家公司的风机产品为定桨距和主动失速型机组。 （3） GE Wind Energy（美国）：这家公司是全球著名的风机生产厂商，在德国、西班 牙以及美国的 Florida 州都有其产地与研究所，
