摘　要：風(fēng)電設(shè)備選型已經(jīng)成為影響風(fēng)電項目投資行為的主要因素之一。通過對風(fēng)電設(shè)備選型的主要技術(shù)指標(biāo)額定風(fēng)速的理論分析、公式計算， 通過對風(fēng)電設(shè)備選型、風(fēng)電設(shè)備投資等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行不同組合的方案研究，提出了風(fēng)電設(shè)備設(shè)計選型時簡單而有效的評價方法，揭示了風(fēng)電設(shè)備選型組合方案與風(fēng)電投資規(guī)模效應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，能更好地提高風(fēng)電項目的經(jīng)濟(jì)性。

    關(guān)鍵詞：風(fēng)電項目；設(shè)備選型；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

    引  言

    2006年， 中國的風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到了135萬kW， 實現(xiàn)了當(dāng)年約106.7%的增長速度。截至2006年底，中國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到了2599MW，低于丹麥的3136MW，排名第六位[1]。 伴隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的高速增長， 風(fēng)電設(shè)備及零部件呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的狀況，風(fēng)電設(shè)備的價格也出現(xiàn)了較大的波動。在現(xiàn)有上網(wǎng)電價的情況下，風(fēng)電設(shè)備選型已經(jīng)成為影響風(fēng)電項目投資行為的主要因素之一。

    中國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用相對落后于歐美，風(fēng)電設(shè)備選型時應(yīng)關(guān)注的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還沒有較好的評價和分析方法。風(fēng)電設(shè)備選型技術(shù)指標(biāo)上，目前依據(jù)的主要是風(fēng)電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而選型時對風(fēng)電場風(fēng)能資源與風(fēng)電設(shè)備額定風(fēng)速的關(guān)系沒有簡單有效的分析方法；風(fēng)電設(shè)備選型主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，評價和分析風(fēng)電項目時比較關(guān)注上網(wǎng)電價、固定投資和設(shè)備利用率等主要指標(biāo)，而對影響風(fēng)電項目投資較大的指標(biāo)，如風(fēng)電設(shè)備選型的組合對固定資產(chǎn)的影響、風(fēng)電設(shè)備選型與風(fēng)電項目投資規(guī)模效應(yīng)之間的關(guān)系較少引起重視。通過對風(fēng)能利用效率原理分析，提出簡單確定風(fēng)電場額定風(fēng)速的計算公式，提供風(fēng)電設(shè)備選型參考；通過應(yīng)用運籌學(xué)原理及對相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概率統(tǒng)計的設(shè)計，揭示了風(fēng)電設(shè)備選型組合方案與風(fēng)電項目投資規(guī)模效應(yīng)之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文正是通過上述分析，提出了風(fēng)電設(shè)備選型設(shè)計的一種新型有效、實用簡單的評價方法和分析途徑。

    1　風(fēng)電設(shè)備選型的技術(shù)分析

    中國幅員遼闊，南北風(fēng)資源差別較大，按目前引進(jìn)的歐美風(fēng)機(jī)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)制造的風(fēng)電設(shè)備，其還需要有一個對本土化風(fēng)資源適應(yīng)性研究的過程。

    按照現(xiàn)行變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率捕獲原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)從切入風(fēng)速（Cut-in wind speed）到額定風(fēng)速（Rated wind speed）這一過程中，通過變漿技術(shù)可以實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工況下的最優(yōu)化，從實際風(fēng)速分布統(tǒng)計情況來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行得最多的時段也基本上是集中在這一工況下，且這一工況下的出力為最多。風(fēng)力發(fā)電機(jī)從切入風(fēng)速到風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率時的最優(yōu)風(fēng)能捕獲[2]曲線。

    隨著風(fēng)速v的增加，通過控制葉片變漿，即改變?nèi)~片的迎風(fēng)攻角，可以保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)在各個風(fēng)速nmax時達(dá)到其出力最大化Pmax，圖1中用幾條風(fēng)速曲線表達(dá)了這一變化過程。而在實際工作中，一般將測得的逐時風(fēng)速按風(fēng)頻數(shù)來統(tǒng)計，一個典型風(fēng)場的風(fēng)速分布為一個威布爾（Weibull）分布及其瑞利（Rayleigh）分布，分別列出了陸上（Onshore）和海上（Offshore）風(fēng)速典型分布[3]情況。

    其中威布爾（weibull）分布所控制分布寬度的形狀參數(shù)K值和控制平均風(fēng)速分布的尺度參數(shù)A值是實際工作中主要關(guān)注的兩個參數(shù)[2，4]。一般來說，在弄清風(fēng)電場址區(qū)的風(fēng)速分布情況后，會根據(jù)平均風(fēng)速值、湍流計算值和極大風(fēng)速推算值等，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分級[4，5]的相關(guān)規(guī)定，來確定風(fēng)力機(jī)組及主要部件的選型。從安全的角度來說，這種做法是值得肯定的，但隨著風(fēng)電設(shè)備裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來越多的專業(yè)人士對風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力這一指標(biāo)給予了高度關(guān)注。而決定某臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的指標(biāo)就是其對風(fēng)能的捕獲能力和利用效率， 所關(guān)注的這些參數(shù)與風(fēng)能資源緊密相關(guān)。圖1表明，在實況中，進(jìn)入額定風(fēng)速區(qū)后，同功率機(jī)型之間的出力差別不大，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)大部分時間都是在額定風(fēng)速以下區(qū)間運行，不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力差別則主要集中在額定風(fēng)速以下的區(qū)間，因此對額定風(fēng)速的確定直接關(guān)系某臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力指標(biāo)。

    在一個風(fēng)電場區(qū)的風(fēng)能資源參數(shù)已定的情況下，為了達(dá)到最優(yōu)出力，風(fēng)電設(shè)備選型的一個重要技術(shù)指標(biāo)就是確定其額定風(fēng)速VN。通過不同風(fēng)場、多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力對比研究發(fā)現(xiàn)，VN取值為A和K值的乘積，即VN=A×K是一個最簡單而有效的計算公式。如圖2中的陸上風(fēng)電場風(fēng)電設(shè)備應(yīng)選取額定風(fēng)速VN為12～13m/s，而海上風(fēng)電場區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)選取額定風(fēng)速VN為15～16m/s。基于對這一點的理解，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上時可以越來越大型化，因為其要求的額定風(fēng)速相對比較高，而安裝在陸上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)卻不能一味求大，單機(jī)功率過大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)即使采用了很多先進(jìn)技術(shù)，如加大其低風(fēng)速的捕風(fēng)性能，但由于其額定風(fēng)速較高，因而犧牲了整機(jī)性能，將得不償失。