风电厂电力设备数据库

2024-09-30

风电厂电力设备数据库(精选3篇)

1.风电厂电力设备数据库 篇一

认识实习报告

李汉梁风电场是华能集团在呼和浩特开发的首个风力发电项目,对呼和浩特发展风力发电具有示范作用。我们在该厂进行了一天的认识实习,主要以了解本专业有关的生产工艺,生产设备、性能、配置及其工作原理,生产中各项经济技术指标的分析与计算,生产的组织与管理为主要目的。认识实习期间,通过工人师傅的悉心教导,我们了解了风电厂的发电原理以及发电机组的组成、运行、维修等相关知识,对角度控制系统、被动控制系统、主动控制系统等控制系统进行了一定了解和学习,通过有关理论知识与工程实际紧密结合对本专业及电力系统专业有了深刻的了解和认识。

学校给我们安排的本次认识实习,其目的在于要求我们通过实习,能将课堂所学的有关理论知识与工程实际紧密结合,加深对本专业的感性认识;通过实习使我们加深对专业领域知识的认识,使我们掌握本专业有关的生产工艺,生产设备、性能、配置及其工作原理,生产中各项经济技术指标的分析与计算,生产的组织与管理;另一个不可忽视的作用则是使我们通过认识实习,获得参加社会实践的机会,自觉的认识和了解社会,弥补国情认识不足和社会经历方面的不足。于是,通过我们实习导师任永峰的努力,为我们联系到了位于呼和浩特武川的李汉梁风电厂。

李汉梁风电场位于武川县西乌兰不浪镇,规划装机容量100万千瓦。目前投产装机9.9万千瓦,在建装机9.9万千瓦。武川李汉梁风

电场一、二期工程共安装66台1.5万千瓦的风力发电机组,工程于

2009年4月25日开工,2009年11月8日,首台机组并网发电,2009

年12月30日全部建成投产。风力发电机组由东汽公司制造。

李汉梁风电场是华能集团在呼和浩特开发的首个风力发电项目,对呼和浩特省发展风力发电具有示范作用。该风电场的投产发电标志

着华能集团在呼和浩特开发新能源取得重大阶段性成果,对实施国家

西部大开发战略和加快发展清洁可再生能源具有重大意义。

对风电场的总体认识

由于是第一次真正意义的走出校门,走进认识实习单位,我们每位同学都非常兴奋,全都迫不及待地想要进早地投入到此次认识实习

中。

由于风力发电对地理位置的要求比较特殊,大多都建在海拔较高的山脊上,李汉梁风电厂也不例外。虽然地处偏僻,可沿途的风景倒

是一片大好。巨人般的风机高高的屹立在山脊上,巨大的浆叶不停地

转着,在这山峦起伏的映衬之下也颇有几分别样的风采。山路十八弯

终于来到了发电厂,发电厂是个不大的地方,虽然不大,却很干净。电厂四面环山,远处的洱海尽收眼底,风景很好。发电厂主要由变电

站、集控室、公司办公室、员工食堂、员工宿舍、保安室和一块篮球

场组成。别看厂不大,却控制着山脊上100多台风机的正常运行。这

次风电厂实习涉及到了电厂的方方面面,当然也不会错过职工的住宿

和薪资方面的问题。风电厂离城里较远,上下山虽然有车接送,但总

体来说不太方便,最多只能下山买一些日常用品,员工基本都呆在山

上的员工宿舍,过着基本与世隔绝的日子。关于薪资方面的问题,我们没顾面子,问了一些,但几位师傅都没有正面回答,但我想待遇肯

定不差。由于风电属于国家补贴企业,地段又很偏僻,补贴应该不低。当代中国正大规模快速地向前发展着,电力就是其中最根本的基础保

障,作为电力的源泉,电厂肯定是扮演着老大的角色。虽然风力发电

在整个电力行业里还暂时不算是领头羊,但随着高品质和低碳生活时

代的来临,风力发电及其其它新能源发电将慢慢占据较大份额的电力

市场。

总之,风力发电厂给人的印象就是太小、太偏僻、太安静。虽然

条件艰苦,但对一个人的磨练是很有帮助的,特别是刚出校门的大学

生,我相信能在这么一个清苦的环境中学到很多书本上无法学到的知

识,而且工资待遇还不错,对国家的贡献无人能替,还有着巨大的发

展。

风力发电厂的生产过程

无论是风力发电、火力发电、水力发电。其发电原理都是一样的,唯一的不同只是作用在发电机上的动力源不同。火力发电厂是依靠化

石燃料软换成热能,这个过程在蒸汽锅炉或燃气机的燃烧室内完成;而后热能转换成机械能。而水力发电即是利用水的势能推动水轮机,再由水轮机带动发电机转动,发电。风力发电机则是利用风能作用在浆叶上,浆叶转动带动发电机转动,从而完成风能和电能的转换。这

样的发电方式无任何副产物残留,环保低碳,但却对自然条件的要求

较为严格。

李汉梁风电厂共有100多台1.5MW的风力发电机组,属于水平

轴风力发电机。在机组成功克服了高海拔风电场空气密度低、高潮湿、多雷暴、易凝露、强紫外线等一系列不利因素,保持了长时间无故障

地稳定运行,机组可利用率在99.5%以上。风机浆叶在受到风力推动

后,带动发电机转动,然后发电机发出690V电压,经过风机下的变

压装置进行一次升压到35KV,然后进过场内变电站进行二次升压到

110KV,然后对时切入电网。

实习总结

实践期间,除了浅层次的了解学习了专业技能外,我还感受

到了很多技能之外的东西,首先是工人师傅和风机维护人员们的敬业和那种生机勃勃的工作气氛。走进这样一个集体中,你的心

会不由自主地年轻起来,你的脚步会不由自主地跟着大家快起来,远远的脱离了我们学校那种懒散自由的作风,而你的工作态度会

变得努力、认真、再认真一些,也许,这就是一个集体的凝聚力,这就是一个企业写在书面之外的特殊文化。

人的一生中,学校并不是真正永远的学校,而真正永远的学

校只有一个,那就是社会。大学生社会实践是引导我们学生走出

校门,走向社会,接触社会,了解社会,好让我们今后能更加容

易的融入社会这个真正的大学,并且在参加社会实践活动以后,还有助于我们在校大学生更新观念,吸收新的思想与知识。我们的自身状况证明,我们唯有面对社会,才能心平气和地作出一些

选择,才能确立自己学习和生活的目标。

2.风电厂电力设备数据库 篇二

一、大型风电厂的运行特点

1、风能稳定性比较差。

由于风速和风向经常性的变动, 风能属于一种过程性的能源, 随机、间歇和不稳定, 这些风能的特征对我们的风力发电机组提出了相当高的要求, 为了得到稳定的电能, 风力发电机组需要各种调速、调向的调节和控制的装置。

2、风能相比于水能和其他能源来说, 其能量密度较小。

因此, 为了能够得到相同的发电容量, 比起水轮机风轮尺寸相比要大几十倍。

3、风能不能存储。

对于风力发电机组, 如果要保证不间断的供应电力, 必须配置相应的储能装置。

4、相对于水轮来说, 风轮的效率极低。

理论上, 风轮的最大效率为59.2%, 而实际效率会比理论更低一些。

5、我国的风电资源具有局域性的特点, 主要集中在西北、华北、东北地区, 因此风电厂的分布位置比较偏远。

总而言之, 由于风能的以上特点, 利用风能发电比起利用水能发电要困难得多。

二、大型风电厂并网运行的问题分析

从二十一世纪以来, 中国的风电发展非常迅猛, 风电已经为中国的能源供应和节能减排作出了重要的贡献。我国的风电开发地域相对比较集中, 主要集中在东北、华北和西北地区, 占全国并网容量的86%左右。中国的风电发展具有规模开发的特点, 随着风电规模的发展扩大以及远距离输送的要求, 接入系统的电压等级也呈上升的趋势。中国并网风电设备种类繁多、标准不统一, 而且技术性能参差不齐, 与国外相比, 调节性能有一定的差距。风电场对电网的影响已从简局部电压波动等简单问题, 发展到对电网调节控制、电网稳定、电网电压等诸方面。

一是, 对电网调节控制的影响。由于风速和风向的经常变动性, 使风电场的输出功率也不稳定, 呈曲线发展, 而且各个地区的风电场的输出功率的曲线也会有差异。比如, 午夜时段的输出功率比较高, 而此时的电网处于低谷;午后时段的输出功率比较低, 而这个时段的电网在高峰时段。可以看出, 输出功率与电网负荷曲线成为反调节的性质, 从而增加了电网调节控制的难度。

二是, 风电接入对电网稳定性的影响。风电系统接入的通常是电网的末端, 这改变了通常情况下配电网的功率流动的单向性。也即当风电的注入功率明显增大的时候, 风电场的局部电网电压就极有可能超出安全的范围。另外, 由于风电规模的不断增大, 风电输出的不稳定性对电网的功率的攻击效应也会不断增大, 对系统的稳定性的损伤更加显著。

三是, 对电能质量的影响。风能源的不稳定性, 以及风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率呈现波动性, 会出现如电压偏差、电压波动等, 从而会影响电能质量。风速变化、以及风力机尾效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的启停。风电功率的波动会引起电压的变化, 表现为电压波动、电压闪变等。

四是, 对电网频率的影响。对于电网频率, 取决于风电厂容量占系统总容量的比例。当风电场在系统频率中占得比例比较大时, 其输出功率的波动性对电网频率影响会增大。由于目前我国的风电场占总系统的容量比较低, 对电网频率的影响还不是特别显著, 问题不大。

五是, 风电场对于电力系统的运行成本的影响。与火力发电相比, 风力发电的成本相对来说比较低。风电并网对于整个电力系统运行成本来说具有了一定的影响, 可以说是双重影响。一方面来说, 风力发电减少了发电的成本支出, 分担了一部分传统机组的一部分负荷, 使我们的系统容量有很大的提高。但是另一方面, 由于风力发电是一种过程性、间歇性能源, 发电具有很强的随机性, 为了保证风电并网以后系统运行的稳定性和可靠性, 我们不得不改善现有的预报水平, 安排一定容量的备用以满足电场发电的功率的随机波动。这样为了维持电力系统的稳定, 在另外一方面也增加了电力系统在可靠性上的成本和支出。

基于以上一系列的影响, 我们应该统筹风电与电网和其他电源的协调发展, 加大电网的投资比例, 改善能源结构。同时, 加强风电运行的标准和政策建设, 编制相关的技术规定和行业标准, 加强和规范管理;要加快国家级风电技术与检测研究性机构的建设, 提高风电机组的性能;加强并网运行的控制和管理, 制定相关的工作流程, 规范管理技术要求, 统一标准;加强风电技术的支撑手段的建设, 深入研究大规模风电并网的安全稳定特性和技术, 为风电调度管理提供基本的技术支撑手段。

结语

中国正处于风电建设的发展期, 风电的规模发展还在进一步的增加, 大规模的风电并网运行, 对电网和系统的稳定性、电能质量、电压波动的影响是不可忽视的, 如果不解决这些局部的影响, 那么随着风电占系统比例的增加, 会影响整个系统电网的安全稳定运行。为了解决这些突出问题, 我们应该从多方面入手, 从而实现中国的风电事业的可持续发展。

参考文献

[1]叶杭冶:《风力发电机组的控制技术》, 机械工业出版社, 2002年。

[2]舒进、张保全、李鹏等:《变速恒频风电机组运行控制》, 《电力系统自动化》, 2008, 32 (16) 。

3.风电厂电力设备数据库 篇三

关键词:间接空冷系统,数值模拟,散热分析,环境风影响

空冷技术是一种以节水为目的的火电厂冷却技术[1],是一种以空气取代水为冷却介质的冷却方式,它直接或间接的用空气来冷却汽轮机排除的乏汽。我国地域辽阔,水、煤炭等资源分布极不均衡,在我国华北、西北等富煤缺水地区,发电厂的空冷技术作为一种最有效的节水型火力发电技术,得到了极为广泛的应用。

由于空冷系统最终将热量散至周围环境的空气中,因此环境风对于散热能力的影响通常十分显著。直接空冷平台由于空气动力学性能较差,散热能力容易受到自然风的影响,造成机组背压升高甚至停机等问题,受到人们的较高重视[2]。间接空冷系统塔出口离散热器入口较远因而能基本消除热回流现象,并且圆柱形塔筒相对空气动力学性能相对较好,因而通常认为间接空冷系统受风影响远小于直接空冷系统。目前大型电厂通常集中于新疆等高温大风区域,环境条件对于空冷系统的影响很大。因此对于间接空冷系统的风影响问题,值得继续进行深入研究,获得环境风对大型电厂间接空冷系统的散热能力影响规律[3]。

对空冷系统乃至一般流体力学问题的研究,包括理论研究、现场试验[4]、风洞试验[5]和数值模拟[6]等多种手段。随着当今计算技术[7,8]的飞速发展,越来越多的工程实际问题采用计算流体力学方法即CFD(Computational Fluid Dynamics)手段开展[9,10]。对于空冷系统的研究,CFD方法能够在消耗较少时间和经费的条件下,全面、细致的得到包含速度场、温度场等流动细节的分析结果,有效地辅助实际工程设计。

本文将利用电厂间接空冷系统数值模拟方法,对一个2×1 000 MW电厂实例展开分析:计算不同风速、风向条件下系统的散热情况及冷却塔间的相互影响,通过对背压变化及速度、温度等流场细节的分析,获得大型间接空冷系统的运行性能,并提出相应的工程设计建议。

1 数值模拟方法

1.1 计算控制方程

数值模拟中流场为单一流体——空气,为理想不可压流体,其密度随温度变化,满足关系式ρ=popRΜWΤ,其中pop为环境气压,R为气体常数,MW为气体分子质量。

根据流体力学中的质量守恒定律,动量守恒定律,能量守恒定律,推导出下列基本控制方程[11]:

由质量守恒定律导出连续性方程

ρt+(ρv)=Sm

其中,ρ为流体密度,v为其速度,源项Sm是从另一个分散相附加到连续相的质量液滴的,也可以是任何自定义源项。

由动量守恒定律导出运动方程

t(ρv)+(ρvv)=-p+(Τ¯¯)+ρgg+F

其中,p为压力,Τ¯¯为应力张量,而ρgF分别是重力和外部的体力。F也包含依赖其他模型的源项,例如多孔介质和自定义源项。应力张量由下式给出

Τ¯¯=μ[v+v)-32vΙ]

其中,μ为流体动力黏性系数,I是单位张量, 而右边第二项是体积膨胀作用。

由能量守恒定律导出能量方程

t(ρE)+(v(ρ+E+p))=(ΚeffΤ-jhjJj+(Τ¯¯effv))+Sh

其中,keff=k+kt是有效的传导率(k为介质的热传导系数,而kt是依照使用的湍流模型定义的湍流导热系数),Jj是组分j的扩散流量。方程右边前三项分别描述了热传导、组分扩散和黏性耗散带来的能量输运。Sh包括了化学反应热以及其它所有用户定义的体积热源项。上一方程中:

E=h-pρv22

1.2 湍流模式

标准k-ε模型[12]是最简单的完整湍流模型,有两个独立的方程,求解两个变量,分别代表湍流的速度尺度和长度尺度。自从被Launder和Spalding提出之后,标准k-ε模型就成为实际工程流场计算的主要工具。它适用范围广、经济、精度合理,这使它在工业流场和热交换模拟中有广泛的应用。它是个半经验的公式,是从实验现象中总结出来的。标准k-ε模型是一种高雷诺数的模型,而我们模拟的流场中气体的惯性力远远超过黏性力,所以我们采用标准k-ε湍流模型。

在FLUENT中,标准k-ε湍流模型的湍动能k及其耗散率ε满足下列方程:

t(ρk)+xi(ρkui)=xj[(μ+μtσk)kxj]+Gk+Gb-ρε-YΜ+Sk;

t(ρε)+xi(ρεui)=xj[(μ+μtσε)kxj]+G1εεΚ(Gk+G3εGb)e-C2ερε2k+Sε

方程中, Gk表示由平均速度梯度产生的湍流动能,Gb是由浮力产生的湍动能,YM描绘在可压缩湍流对全部耗散率中,涨落扩张的贡献。

通过构造计算网格,对方程进行离散,引入来流速度的边界条件,对方程进行求解,就能够获得流场内任意位置的压力、速度、温度等物理量,以进一步换算散热量及背压。

其中,来流速度条件考虑大气边界层剖面因素,以位于空冷平台处10 m标高的风速为工况中计算的风速,按照下面的公式给定大气边界层速度分布剖面:

V*=Vcon(Ζ10)0.16

1.3 散热器特性计算方法

对于空冷系统的散热单元,翅片管束结构相当复杂,直接模拟内外流畅通过壁面传热到外部空气显然不太现实,必须参数化处理。利用Fluent软件提供的换热器模型(Heat Exchanger Model),用一个带能量和动量传递的区域代替实际的管壁传热情形,将散热器的阻力特性及传热特性参数化。

其中散热量与通风量的关系近似用以下工程公式来处理:

q=ΚfSΔt=cm˙αSΔt

其中Kf为传热系数,S为散热面积,Δt为温差(取散热器内外流体的平均温度之差),c为系数,m˙为空气质量流量,α为指数系数,与散热器处的雷诺数及流态有关,根据资料对于铝管铝翅片的间接空冷散热器此处取0.515。

1.4 数值模型与计算条件

以环境温度38 ℃,相对于主厂房为正方形布置方式,风速为(3~15)m/s,每3 m/s一个间隔,5个风速进行计算。针对一机一塔,塔间净距100 m布置方案建立模型并划分计算。计算网格如图1。

将环境来风风向离散为16种等间隔风向,每隔22.5°计算一组数据。机组编号和来流方向的俯视示意图如图2。

2 数值模拟结果及分析

基于上述方法开展对该2×1 000 MW系统的数值模拟,可以得到空冷塔及冷却系统在不同环境条件下的散热情况;并依据饱和蒸汽在不同温度下的汽化热值,最终得到汽轮机运行背压,从而作为电厂设计的最重要指标。考虑到我国目前空冷电厂在建地区通常面临高温大风等不利状况,本文选取夏季工况环境温度35℃条件作为主要研究对象,无风情况基准系统背压为31 kPa。

为了全面评估各种布置方式,本文将兼顾经济性和安全性两方面进行分析。针对前述实验条件,一方面,对小风速3 m/s和中等风速6 m/s进行数值模拟,评估该大型间冷系统夏季运行的经济性;另一方面从大风的9 m/s、15 m/s风速实验结果出发,讨论高温大风条件下的安全性。

2.1 经济性评估

图3为3 m/s风速下外流场及塔内气流的流线图,图3中颜色代表温度。可见塔内空气在自然抬升力的作用下,加速向上从塔出口流出,同时带动塔周围空气通过散热器升温后进入冷却塔。在有外界来风的情况下,塔内的空气主要来自于环境风的上游,而塔的进风处流动状况较为顺畅,没有出现明显的涡流等情况。塔出口流动方向基本向上,向下风方向略有偏斜,没有热空气被卷回到冷却塔入口处,也就是说这种条件下不会出现直冷系统平台常见的热回流现象。

从截面温度场(图4)可以看出塔内温度比较均匀,并在出塔后均匀传热至外界大气,温度逐渐降低。塔进风口基本处在低温区内,进风条件良好。

中等风速条件环境风对流场的扰动相对强烈,但定性的流动情况与小风条件类似。为了宏观分析冷却系统的运行状况,能够折算的道小风和中等风速条件下不同机组背压曲线如图5、图6。可见小风条件下横向来风背压相对较低,而正吹和炉后来风背压略高。中等风速条件下侧面来风两塔背压差距有所拉大,这是因为下风塔处在前塔的背流区,受环境风影响较小,因此背压相对较低。总的来看,空冷系统在小风和中等风速条件下散热情况较好,尤其是小风情况表现良好,背压波动幅度很小,不超过3 kPa。对比通常类似直冷系统在相近条件下背压波动一般超过10 kPa,更能看出间冷系统在小风环境下散热能力的优越性。

2.2 安全性评估

图7为大风(15 m/s)条件下速度矢量,可见进风主要集中于迎风一侧,背风一侧出现了明显的涡流,从图8温度场也可看出背风处的涡流区空气发生盘旋难以散出,会造成该处的散热器换热性能下降。

从机组背压曲线(图9、图10)来看,空冷系统在9 m/s风速散热能力已有明显恶化,个别方向背压超过跳闸背压。在15 m/s的大风条件下,机组背压显著升高,大部分风向背压均超过跳闸背压,系统难以维持满负荷工作。

2.3 性能分析

从上述模拟结果可见,间接空冷系统在小风条件下表现良好,而在大风条件下散热能力显著恶化。从环境来风条件角度进行分析(图11)。间接空冷塔内空气流动动力来自塔内外密度差引起的浮力抽吸,1 000 MW系统抽吸力通常在(100—150)Pa左右,无风的平衡条件下,散热器阻力约占总阻力的一半。当环境来风吹过空冷塔进口时,四周散热器所处条件可分为三种:

(1)迎风面为正压区,相当于在自然抽吸基础上附加了一个正压力,因此正压区的进风速度会提高,相应扇区散热能力提高;

(2)侧面为环境风加速区,当地压力显著降低,相当于降低了原有抽吸力,会导致进风速度下降,降低相应扇区散热能力;

(3)背风面为圆柱绕流的涡流区,此处容易产生漩涡而导致热空气无法流出,造成相应位置散热器散热能力下降。

由于环境来风形成的风压与来流速度二次方成正比,可表示为p=12ρv2,其中ρ为空气密度,v为来流速度。当风速较小时,形成的风压扰动较小,不同区间的进风条件有的变好有的变差,综合来看影响较小。当风速较大时,产生风压与散热器阻力甚至整塔抽力相当,而正压区的散热变好受到当地流量的限制,难以弥补其他三个区域的变差趋势,因而造成散热能力迅速恶化。

3 结论及建议

本文利用数值模拟方法,研究了环境风对大型电厂间接空冷系统的影响问题,结果表明:

(1)风速较小时,间接空冷系统散热能力较好,尤其小风条件背压波动幅度很小;

(2)大风情况下,间接空冷系统散热能力迅速恶化,特别是高温大风的极端条件下,间冷系统散热能力也存在较大问题,难以保证机组满发。

本文结论来自于某实际电厂设计评估工作,对于类似环境条件下大型间冷系统有参考意义。基于文章的分析结果,可进一步研究对应的控制手段和改善装置,以优化间冷系统在大风条件下的散热能力。

参考文献

[1]温高.发电厂空冷技术.北京:中国电力出版社,2008

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[5]顾志福,陈学锐,李燕等,大型电厂直冷系统风效应风洞模拟.力学学报,2005;37(5):558—563

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[8]吴子牛.计算流体力学基本原理.北京:科学出版社,2001

[9]陈耀松.创新与构思-力学小议之二,力学与实践,2002;24(3):72—72

[10]陈耀松,陈沪东.力学小议.力学与实践,2001;23(4):74—75

[11] Fluent Inc,Fluent User Manual(Version 6.1.22).http://www.fluent.com,2004

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