(二)采用IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)實(shí)際操作存在的問(wèn)題
依據(jù)IEC61400-12-1進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組功率特性測(cè)試,可以較為準(zhǔn)確地評(píng)估出機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)估算出年發(fā)電量,通過(guò)進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在的問(wèn)題。但通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組功率曲線(xiàn)實(shí)際測(cè)試過(guò)程的總結(jié),發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問(wèn)題:
?。?)依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行功率特性測(cè)試雖然準(zhǔn)確地評(píng)估出單臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),但耗費(fèi)了大量的人力物力及時(shí)間,如何準(zhǔn)確、快速、低成本地測(cè)試風(fēng)電場(chǎng)所有機(jī)組的性能是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
(2)IEC標(biāo)準(zhǔn)采用10mins內(nèi)的平均風(fēng)速,但是在額定風(fēng)速處曲線(xiàn)較為平滑,相對(duì)準(zhǔn)確地確定額定風(fēng)速存在一定難度。
?。?)IEC標(biāo)準(zhǔn)在估算年發(fā)電量時(shí)采用的是瑞利分布,若采用風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行威布爾曲線(xiàn)擬合,此時(shí)估算的年發(fā)電量或?yàn)楦訙?zhǔn)確。
?。?)國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的地形普遍比較復(fù)雜,對(duì)于已投產(chǎn)后的風(fēng)電機(jī)組如何進(jìn)行場(chǎng)地標(biāo)定是需要研究解決的問(wèn)題。
?。ㄈ┎捎肐EC61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行功率曲線(xiàn)所存在的問(wèn)題
在接近滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電時(shí),湍流強(qiáng)度對(duì)機(jī)組功率曲線(xiàn)影響較大,如圖4所示。
圖4:湍流對(duì)風(fēng)電機(jī)組功率曲線(xiàn)的影響
因此,IEC61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)特別闡述了湍流強(qiáng)度對(duì)功率曲線(xiàn)的影響。湍流導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速段的實(shí)際功率曲線(xiàn)優(yōu)于靜態(tài)功率曲線(xiàn);在高風(fēng)速段,特別是額定風(fēng)速段,實(shí)際的湍流功率曲線(xiàn)比靜態(tài)功率曲線(xiàn)差。機(jī)組實(shí)際功率曲線(xiàn)的滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電風(fēng)速遠(yuǎn)高于靜態(tài)功率曲線(xiàn)上的滿(mǎn)負(fù)荷風(fēng)速,如圖1和圖2所示。
風(fēng)電場(chǎng)的瞬時(shí)風(fēng)速與瞬時(shí)風(fēng)能是不斷變化的,而風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比。因此,當(dāng)采用一段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)速和平均風(fēng)能相對(duì)應(yīng)時(shí),其結(jié)果為:相對(duì)應(yīng)的風(fēng)速、風(fēng)能與風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況是不一致的,后者高于前者。由此,在低風(fēng)速段,動(dòng)態(tài)功率曲線(xiàn)優(yōu)于靜態(tài)功率曲線(xiàn)。
但是,在高風(fēng)速段,由于風(fēng)電機(jī)組有額定功率的限制,控制系統(tǒng)使機(jī)組一直保持在額度功率附近不超過(guò)允許值,最終導(dǎo)致高風(fēng)速時(shí)的能量被損耗掉了。因此,在高風(fēng)速段,由于湍流的影響,動(dòng)態(tài)風(fēng)速下超過(guò)額定電功率的部分被削峰了,而低于額定電功率的部分又缺乏有效手段填平。因此,實(shí)際動(dòng)態(tài)功率曲線(xiàn)在接近滿(mǎn)負(fù)荷風(fēng)速段低于靜態(tài)功率曲線(xiàn),如要求其完全滿(mǎn)足靜態(tài)功率曲線(xiàn)是不科學(xué)的。
IEC61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)推薦了一種技術(shù)方案:通過(guò)占額定功率的百分比動(dòng)態(tài)湍流功率曲線(xiàn)來(lái)推導(dǎo)靜態(tài)功率曲線(xiàn)。但該方案有一些假設(shè),如:假設(shè)無(wú)論風(fēng)速如何快速變化,風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)都能夠快速變化并以最佳狀態(tài)運(yùn)行。然而,葉輪及機(jī)艙的質(zhì)量很大,因其慣性的作用,在實(shí)際上是不可能達(dá)到的;另一個(gè)假定,時(shí)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)風(fēng)速轉(zhuǎn)化到頻域內(nèi)是符合正態(tài)分布的,其正態(tài)分布函數(shù)就是平均風(fēng)速和湍流強(qiáng)度。由此可見(jiàn),該標(biāo)準(zhǔn)僅提供了評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)眾多機(jī)組功率特性的一種思路和方法,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)的技術(shù)評(píng)估具有一定的參考價(jià)值,但實(shí)用性不大。
因此,某些整機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家在投標(biāo)書(shū)中不提供機(jī)組的靜態(tài)功率曲線(xiàn),而只提供機(jī)組在不同湍流強(qiáng)度下的動(dòng)態(tài)功率曲線(xiàn),這樣,考核功率曲線(xiàn)更接近于機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn),從而有利于功率曲線(xiàn)的考核。
功率曲線(xiàn)考核帶來(lái)的隱憂(yōu)
由于風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)機(jī)組功率曲線(xiàn)的復(fù)雜性、某些功率曲線(xiàn)考核的合同條款嚴(yán)重脫離風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行實(shí)況以及業(yè)內(nèi)人士對(duì)功率曲線(xiàn)認(rèn)知上的偏差,風(fēng)電機(jī)組形成的實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)失去了應(yīng)有的價(jià)值和作用。
即使性能完全相同的風(fēng)電機(jī)組,在不同環(huán)境條件下,風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)功率曲線(xiàn)的偏差值,超過(guò)10%也是很正常的。實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)因湍流、尾流、地面粗糙度等多種因素的影響,在達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電風(fēng)速之前,同種風(fēng)速的發(fā)電功率會(huì)有偏差,與合同要求不符,而這本應(yīng)屬于正?,F(xiàn)象。
如果對(duì)同一風(fēng)電場(chǎng)同種機(jī)型的一批機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的有效數(shù)據(jù)(主控的功率曲線(xiàn)相關(guān)參數(shù)設(shè)置正確,數(shù)據(jù)采樣、篩選合理,軟件形成符合規(guī)范等),且形成正常的一系列功率曲線(xiàn)進(jìn)行綜合分析和考察,將對(duì)考察這些機(jī)組實(shí)際效率有一定的參考價(jià)值。還可以通過(guò)同一機(jī)組在不同時(shí)期形成功率曲線(xiàn)之間的差異,判斷機(jī)組故障,或風(fēng)況變化。
但是,業(yè)內(nèi)人士對(duì)功率曲線(xiàn)存在認(rèn)知上的偏差,無(wú)論在何種地理位置和風(fēng)況條件下均要求風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組所形成功率曲線(xiàn)上每一風(fēng)速點(diǎn)的發(fā)電功率都不應(yīng)低于合同保證值的95%。更有甚者,要求機(jī)組在幾天或一個(gè)月內(nèi)所形成的功率曲線(xiàn)也要在合同保證值以上。例如:在機(jī)組過(guò)240預(yù)驗(yàn)收時(shí),要求每臺(tái)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)均要達(dá)到合同保證值,這顯然違背了風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的基本規(guī)律。這樣的要求,不僅使功率曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)量極其龐大,而且,不造假是難以達(dá)到上述要求的。
為了讓每臺(tái)機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)均能形成相當(dāng)“漂亮”的功率曲線(xiàn),整機(jī)商只得采取適當(dāng)?shù)氖侄问箼C(jī)組在短時(shí)間內(nèi)形成的功率曲線(xiàn)“相當(dāng)好”,且每臺(tái)機(jī)組、在每個(gè)風(fēng)速段上機(jī)組的發(fā)電功率都達(dá)到,或超過(guò)合同要求,否則,整機(jī)廠(chǎng)商就要賠發(fā)電量、被扣款。殊不知,這樣形成的功率曲線(xiàn)是不可能反映該機(jī)位的氣象條件、地理?xiàng)l件和實(shí)際機(jī)組運(yùn)行狀況的,從而導(dǎo)致生成的功率曲線(xiàn)失去了其應(yīng)有價(jià)值和實(shí)際意義。
因準(zhǔn)確考核機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)極其困難且復(fù)雜,且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可能?chē)?yán)重偏離其理論計(jì)算值。因業(yè)主對(duì)功率曲線(xiàn)的苛求,有的生產(chǎn)廠(chǎng)家為了使機(jī)組在投標(biāo)中取勝,不僅機(jī)組實(shí)際生成的功率曲線(xiàn)折算出來(lái)的功率系數(shù)遠(yuǎn)高于理論最高值0.593,而且,給出的標(biāo)準(zhǔn)功率曲線(xiàn),在不少風(fēng)速點(diǎn)的功率系數(shù)超過(guò)0.6,有的風(fēng)速段折算的功率系數(shù)已經(jīng)達(dá)到了0.8。
在簽訂風(fēng)電機(jī)組合同時(shí),一般功率曲線(xiàn)作為一項(xiàng)重要的保證條款,可向整機(jī)廠(chǎng)商索賠,且索賠金額較大,相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂又相對(duì)滯后。如論證的結(jié)果是功率曲線(xiàn)不合格業(yè)主則可能得到一筆金額較大的索賠,或者因功率曲線(xiàn)爭(zhēng)議而延遲出保。因此,在中國(guó)各種各樣的功率曲線(xiàn)論證公司也應(yīng)運(yùn)而生,因功率曲線(xiàn)測(cè)試的復(fù)雜性,其準(zhǔn)確和公正程度值得懷疑。
結(jié)語(yǔ)
同一生產(chǎn)廠(chǎng)家,同種型號(hào)機(jī)組的生產(chǎn)一致性是容易考察和做到的,而實(shí)際運(yùn)行功率曲線(xiàn)則是反映機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),因外界條件的不同存在差異,甚至差異很大,且難以準(zhǔn)確測(cè)定。如何簡(jiǎn)便、有效地驗(yàn)證和考察機(jī)組的功率特性值得探討。建議國(guó)家、行業(yè)出臺(tái)相應(yīng)的政策、法規(guī)以規(guī)范市場(chǎng)。