本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)選型方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能以其清潔、環(huán)保、取之不盡等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的主要形式。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電事業(yè)發(fā)展迅速，風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)量也在逐年增加。一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投資占風(fēng)電場(chǎng)總投資的70％-80％。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組線型還影響風(fēng)電場(chǎng)的年上網(wǎng)電量以及經(jīng)濟(jì)收益。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型尤其重要。低風(fēng)速地區(qū)，地形條件較為復(fù)雜，風(fēng)資源分布不均勻，風(fēng)切變、湍流及入流角差異較大，整個(gè)風(fēng)場(chǎng)采用過(guò)于片面的風(fēng)機(jī)機(jī)型或者輪轂高度將不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的資源利用，會(huì)出現(xiàn)部分好資源利用不佳的情況，目前，市場(chǎng)上雖有一些優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，但主要以電量最優(yōu)化為目標(biāo)，且精細(xì)化程度不夠，沒(méi)有針對(duì)各個(gè)機(jī)位點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化比選。
鑒于此提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種精細(xì)化的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)選型方法，確保每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的風(fēng)資源最大化的被利用，同時(shí)考慮每臺(tái)風(fēng)機(jī)的造價(jià)乃至整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性狀況，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率最大的目標(biāo)。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)選型方法，包括以下步驟：
s1、通過(guò)計(jì)算為風(fēng)場(chǎng)各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在每種風(fēng)機(jī)容量下分別匹配一個(gè)單位度電投資最好的風(fēng)機(jī)型號(hào)；
s2、根據(jù)風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘浚瑢L(fēng)機(jī)庫(kù)中所有合理的風(fēng)機(jī)容量進(jìn)行組合，并根據(jù)步驟s1中風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的數(shù)量，篩選出滿足風(fēng)機(jī)點(diǎn)位數(shù)量要求的若干組風(fēng)機(jī)容量組合；
s3、選取步驟s2中篩選出的任一組風(fēng)機(jī)容量組合，從步驟s1的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位中選出滿足該風(fēng)機(jī)容量組合的具體風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，并計(jì)算出該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)總的單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合；
s4、重復(fù)步驟s3使得每種風(fēng)機(jī)容量組合各得到與之匹配的最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，比較得到的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資，選出總的單位度電投資最好的n個(gè)方案，其中n≥1；
s5、根據(jù)以下公式分別計(jì)算選出的n個(gè)方案的內(nèi)部收益率，
式中：npv-凈現(xiàn)值；
irr-內(nèi)部收益率；
p－電價(jià)；
w－風(fēng)電場(chǎng)壽命周期內(nèi)每年的發(fā)電量；
ic－一次投資成本；
q－每年的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用占一次投資成本的比值；
n－風(fēng)電機(jī)組的壽命周期，年；
比較所述n個(gè)方案的內(nèi)部收益率的大小，選出內(nèi)部收益率最大的方案為最優(yōu)方案。
進(jìn)一步，所述單位度電投資為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的初始成本的比值，且比值越大則代表單位度電投資越好。
進(jìn)一步，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的理論年發(fā)電量，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的初始成本為風(fēng)機(jī)成本、塔架成本和基礎(chǔ)建設(shè)成本之和。
進(jìn)一步，在步驟s2中，每組風(fēng)機(jī)容量組合的風(fēng)機(jī)容量之和等于風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘俊?/p>
進(jìn)一步，在步驟s1中，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配有不同的風(fēng)機(jī)容量，先為風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配一個(gè)風(fēng)機(jī)容量，并計(jì)算出該風(fēng)機(jī)容量?jī)?nèi)單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，然后再為風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配下一個(gè)風(fēng)機(jī)容量，并重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，直至計(jì)算得出每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在每種風(fēng)機(jī)容量下單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)。
進(jìn)一步，在步驟s3中，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位按照不同的風(fēng)機(jī)容量對(duì)應(yīng)有一個(gè)單位度電投資最好的風(fēng)機(jī)型號(hào)，在選定一組風(fēng)機(jī)容量組合后，根據(jù)該風(fēng)機(jī)容量組合先選取數(shù)量匹配的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位，選取的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位對(duì)應(yīng)匹配一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，使風(fēng)機(jī)容量組合轉(zhuǎn)化為具體的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，計(jì)算出該風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的單位度電投資。
進(jìn)一步，在步驟s3中，每個(gè)風(fēng)機(jī)容量組合具有多種風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，計(jì)算所有符合該風(fēng)機(jī)容量組合的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的單位度電投資，通過(guò)比較不同風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資，選出該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)總的單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合。
進(jìn)一步，在步驟s4中，每種風(fēng)機(jī)容量組合對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，將不同風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資進(jìn)行比較，以選出最好的n個(gè)方案。
進(jìn)一步，還包括，在步驟s2中，計(jì)算找出風(fēng)場(chǎng)各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位單位度電投資最差的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)；在步驟s4中，同時(shí)選出單位度電投資最差的n個(gè)方案，其中n≥1；在步驟s5中，分別計(jì)算選出的最差的n個(gè)方案的內(nèi)部收益率，并將其排序。
進(jìn)一步，當(dāng)給定風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘繒r(shí)，所述風(fēng)機(jī)容量組合的容量和等于給定的風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘浚?/p>
當(dāng)給定風(fēng)場(chǎng)容量范圍時(shí)，先在該范圍內(nèi)按一定的差值選取若干個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值，并對(duì)每個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值按給定風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘康那闆r計(jì)算，得出每個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值下的內(nèi)部收益率最好的方案，并將其對(duì)比選出最優(yōu)方案。
采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案后，帶來(lái)以下有益效果：
本發(fā)明能夠根據(jù)每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的風(fēng)速、風(fēng)切變、湍流等情況確定其最適合的風(fēng)機(jī)選型，確保每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的風(fēng)資源最大化的被利用，同時(shí)考慮每臺(tái)風(fēng)機(jī)的造價(jià)乃至整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性情況，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率最大的目標(biāo)。本發(fā)明特別適用于低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益最大化測(cè)算評(píng)估，找出最適合該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)選型及排布方案。
附圖說(shuō)明
圖1：本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
一種風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)選型方法，包括以下步驟：
s1、通過(guò)計(jì)算為風(fēng)場(chǎng)各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在每種風(fēng)機(jī)容量下分別匹配一個(gè)單位度電投資最好的風(fēng)機(jī)型號(hào)，每個(gè)風(fēng)場(chǎng)具有多個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位可以選取不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)，計(jì)算每種型號(hào)風(fēng)機(jī)在該風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的單位度電投資，通過(guò)比較不同型號(hào)風(fēng)機(jī)的單位度電投資得到在該風(fēng)機(jī)點(diǎn)位最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)；
s2、根據(jù)風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘?，將風(fēng)機(jī)庫(kù)中所有合理的風(fēng)機(jī)容量進(jìn)行組合，并根據(jù)步驟s1中風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的數(shù)量，篩選出滿足風(fēng)機(jī)點(diǎn)位數(shù)量要求的若干組風(fēng)機(jī)容量組合，如：風(fēng)機(jī)容量組合c1、c2、c3…cn；
s3、選取步驟s2中篩選出的任一組風(fēng)機(jī)容量組合，從步驟s1的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位中選出滿足該風(fēng)機(jī)容量組合的具體風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，并計(jì)算出該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)總的單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合；
s4、重復(fù)步驟s3使得每種風(fēng)機(jī)容量組合各得到與之匹配的最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，比較得到的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資，選出總的單位度電投資最好的n個(gè)方案，其中n≥1；
s5、根據(jù)以下公式分別計(jì)算選出的n個(gè)方案的內(nèi)部收益率，
式中：npv-凈現(xiàn)值；
irr-內(nèi)部收益率；
p－電價(jià)；
w－風(fēng)電場(chǎng)壽命周期內(nèi)每年的發(fā)電量；
ic－一次投資成本；
q－每年的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用占一次投資成本的比值；
n－風(fēng)電機(jī)組的壽命周期，年；
比較所述n個(gè)方案的內(nèi)部收益率的大小，選出內(nèi)部收益率最大的方案為最優(yōu)方案，內(nèi)部收益率irr是指在整個(gè)風(fēng)電機(jī)組壽命周期內(nèi)各年凈現(xiàn)值npv累計(jì)等于零時(shí)所對(duì)應(yīng)的貼現(xiàn)率。它是指用風(fēng)電機(jī)組壽命周期內(nèi)的凈收益歸還全部資本金后所能支付的最大投資借款利率。
所述單位度電投資為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的初始成本的比值，且比值越大則單位度電投資越好。具體地，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的理論年發(fā)電量，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的初始成本為風(fēng)機(jī)成本、塔架成本和基礎(chǔ)建設(shè)成本之和。
優(yōu)選地，在步驟s2中，每組風(fēng)機(jī)容量組合的風(fēng)機(jī)容量之和等于風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘俊?/p>
更具體地，當(dāng)給定風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘繒r(shí)，所述風(fēng)機(jī)容量組合的容量和等于給定的風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘?；?dāng)給定風(fēng)場(chǎng)容量范圍時(shí)，先在該范圍內(nèi)按一定的差值選取若干個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值(至少包括該范圍內(nèi)最小和最大的兩個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值)，并對(duì)每個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值按給定風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘康那闆r計(jì)算，得出每個(gè)風(fēng)場(chǎng)容量值下的內(nèi)部收益率最好的方案，并將其對(duì)比選出最優(yōu)方案。
具體地，在步驟s1中，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配有不同的風(fēng)機(jī)容量，先為風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配一個(gè)風(fēng)機(jī)容量，并計(jì)算出該風(fēng)機(jī)容量?jī)?nèi)單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，然后再為風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分配下一個(gè)風(fēng)機(jī)容量，并重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，直至計(jì)算得出每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在每種風(fēng)機(jī)容量下單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)。
具體地，在步驟s3中，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位按照不同的風(fēng)機(jī)容量對(duì)應(yīng)有一個(gè)單位度電投資最好的風(fēng)機(jī)型號(hào)，在選定一組風(fēng)機(jī)容量組合后，根據(jù)該風(fēng)機(jī)容量組合先選取數(shù)量匹配的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位，選取的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位對(duì)應(yīng)匹配一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，使風(fēng)機(jī)容量組合轉(zhuǎn)化為具體的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，計(jì)算出該風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的單位度電投資。
在步驟s3中，每個(gè)風(fēng)機(jī)容量組合具有多種風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，計(jì)算所有符合該風(fēng)機(jī)容量組合的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的單位度電投資，通過(guò)比較不同風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資，選出該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)總的單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合。
在步驟s4中，每種風(fēng)機(jī)容量組合對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，將不同風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資進(jìn)行比較，以選出最好的n個(gè)方案。
具體地，還包括，在步驟s2中，計(jì)算找出風(fēng)場(chǎng)各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位單位度電投資最差的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)；在步驟s4中，同時(shí)選出單位度電投資最差的n個(gè)方案，其中n≥1；在步驟s5中，分別計(jì)算選出的最差的n個(gè)方案的內(nèi)部收益率，并將其排序。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方法的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例一
在給定風(fēng)場(chǎng)容量的情況下，某一總?cè)萘繛?0mw的風(fēng)場(chǎng)，該風(fēng)場(chǎng)具有35個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位，風(fēng)機(jī)庫(kù)中具有1.5mw、2mw、2.5mw三種容量的風(fēng)機(jī)。
在風(fēng)場(chǎng)的35個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位中，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位分別計(jì)算出在1.5mw、2mw、2.5mw三種容量下的單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，以1.5mw容量為例，可以選擇的機(jī)型有華銳sl1.5\60、華銳sl1.5\70、華銳sl1.5\77、東方電氣fd70a、東方電氣fd77a、東方電氣fd82a等等，通過(guò)計(jì)算每種型號(hào)的單位度電投資，找到該容量下單位度電投資比值最高的風(fēng)機(jī)型號(hào)。對(duì)應(yīng)這三種風(fēng)機(jī)容量，每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在三種風(fēng)機(jī)容量下具有三個(gè)單位度電投資最好的風(fēng)機(jī)型號(hào)，35個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位共得到3×35＝105個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)。
滿足風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘康娘L(fēng)機(jī)容量組合有多種，由于最小風(fēng)機(jī)容量為1.5mw，根據(jù)50÷1.5<35，故所有的風(fēng)機(jī)容量組合都能滿足風(fēng)機(jī)點(diǎn)位的數(shù)量要求，任選取其中一種組合為：13×1.5mw+9×2mw+5×2.5mw。
以選取的“13×1.5mw+9×2mw+5×2.5mw”的風(fēng)機(jī)容量組合為例，從35個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位中選出13個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位為1.5mw的風(fēng)機(jī)型號(hào)，9個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位為2mw的風(fēng)機(jī)型號(hào)，5個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位為2.5mw的風(fēng)機(jī)型號(hào)，需要說(shuō)明的是，在該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)可以通過(guò)選擇不同的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位生成多種風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，需要計(jì)算所有生成的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的單位度電投資，找出該風(fēng)機(jī)容量組合內(nèi)單位度電投資最好的一種風(fēng)機(jī)型號(hào)組合。
由于本實(shí)施例的計(jì)算過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，為便于理解，以下以小于實(shí)際風(fēng)場(chǎng)容量舉例說(shuō)明。
以風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘繛?mw，風(fēng)機(jī)點(diǎn)位4個(gè)，風(fēng)機(jī)庫(kù)中具有1.5mw、2mw、2.5mw三種容量的風(fēng)機(jī)，計(jì)算選出每個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位在1.5mw、2mw、2.5mw下單位度電投資最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)，然后根據(jù)風(fēng)場(chǎng)容量，得出滿足風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘康慕M合總共有：
a組合：4×1.5mw；
b組合：3×2mw；
c組合：1.5mw+2mw+2.5mw；
其中滿足a組合的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合為
通過(guò)上述舉例說(shuō)明，本實(shí)施例通過(guò)相同的計(jì)算方法，使得每種風(fēng)機(jī)容量組合各得到與之匹配的最好的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)組合，比較得到的風(fēng)機(jī)型號(hào)組合的總的單位度電投資，選出總的單位度電投資最好的n個(gè)方案，其中n優(yōu)選為10；由于內(nèi)部收益率的計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜，本發(fā)明通過(guò)上述方法的篩選，得到10個(gè)單位度電投資最好的方案，最后通過(guò)計(jì)算選取出的10個(gè)方案的內(nèi)部收益率，根據(jù)內(nèi)部收益率的排行，選出最優(yōu)方案，通過(guò)這種方式可以極大的減少內(nèi)部收益率的計(jì)算量，有利于提高工作效率。
所述內(nèi)部收益率的計(jì)算過(guò)程可以通過(guò)利用matlab軟件中roots函數(shù)對(duì)高次多項(xiàng)式進(jìn)行求解。
另外，作為一種參考，本發(fā)明還包括，在步驟s2中，計(jì)算找出風(fēng)場(chǎng)各個(gè)風(fēng)機(jī)點(diǎn)位單位度電投資最差的一個(gè)風(fēng)機(jī)型號(hào)；在步驟s4中，同時(shí)選出單位度電投資最差的n個(gè)方案，其中n≥1；在步驟s5中，分別計(jì)算選出的最差的n個(gè)方案的內(nèi)部收益率，并將其排序。
以上所述為本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理前提下，還可以做出多種變形和改進(jìn)，這也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。