PDF《基于 LCC 的海上风电场主变压器冗余配置经济性对比与分析》

基于 L C C的海上风电场主变压器冗余配置经济性对比与分析 陈敏1 ,佘双翔1 ,刘小松1 ,刘国频1 ,肖立家2 ,刘德才3 ( 1.

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南省长沙市

4 1

0 0

1 4;

2. 大唐山东发电有限公司,山东省青岛市

2 6

6 0

6 1;

3. 大唐山东烟台电力开发有限公司,山东省烟台市

2 6

4 0

0 3 ) 摘要:海上风电场存在建设投资大、 设备故障率高以及运维不便等问题.为寻求建设与运营过程 中投资成本与发电可靠性之间的平衡, 提出了4种不同的电能传输系统冗余配置方案.以莱州湾 某海上风电场工程为例, 基于全寿命周期成本( L C C) 理论建立了海上升压站主变压器的成本分析 模型, 并对模型中各组成部分进行分解计算.对比了各冗余配置方案中主变压器的 L C C, 并对折 现率、 上网电价以及故障率三个关键影响因素进行灵敏度分析, 得出各因素变化区间内的最优冗余 配置方案, 为海上风电场电能传输系统的冗余配置方案最优选择提供了理论依据. 关键词:海上风电;

冗余配置;

全寿命周期成本( L C C) ;

经济性;

灵敏度分析 收稿日期:

2 0

1 4 G

0 4 G

3 0;

修回日期:

2 0

1 4 G

0 8 G

1 1. 国家高技术研究发展计划(863计划)资 助项目(2012AA

0 5

1 7

0 4 ) .

0 引言 风力发电是清洁无污染的可再生能源, 具有开 发条件成熟、 商业前景广阔、 发展迅速等特点.中国 沿海地区风能资源非常丰富, 靠近负荷中心, 电力市 场广阔.上海东海大桥一期1

0 0 MW 海上风电工 程的建成为中国海上风电的发展起到良好的示范作 用[ 1] . 海上风电场需要考虑台风、 盐雾、 海浪等气象水 文环境的影响.离岸距离较远的大型海上风电场有 必要建造海上升压站来降低场内损耗、 提高电压等 级, 实现高效、 远距离的电能输送[

2 ] .海上升压站及 风电机组、 海缆等电气设备在制造、 施工及运行阶段 都将面临海洋特殊环境的考验.目前, 国内外建成 的海上风电场已出现诸如变压器、 风力机齿轮箱及 海缆接头等设备故障问题, 设备年可利用率相对陆 上风电场低[

3 G 5] .此外, 由于受天气、 潮汐及往返行 程等因素的限制, 海上风电场的检修维护持续时间 长, 所需费用高, 检修、 故障停机时对发电量的影响 比陆上风电场更严重[

5 ] . 对海上风电场的电能传输系统进行冗余配置设 计能显著提高电气设备及系统的运行可靠性, 但过 度的冗余会加剧经济负担.文献[

6 G 7] 研究了海缆 集电线路拓扑的优化以及集电线路的冗余对风电场 可靠性的影响;

文献[

8 G

9 ] 考虑了海上风电场电气系 统布局及开关设备配置的经济性.现有研究尚未涉 及海上升压站变电设备的冗余及经济性分析. 从长远角度看, 海上风电场电能传输系统的运 行、 检修及故障成本的总和甚至会大于其建设成本, 所以 综合考虑设计方案的全寿命周期成本(lifecyclec o s t , L C C) 具有重要意义.文献[10G11] 将LCC理论应用于电气设备的技术性、 经济性的评估 与选择;

文献[

1 2 G

1 3] 利用 L C C 理论针对变电站的 选址定容及检修策略展开讨论, 研究多适用于陆上 的电气设备和系统, 尚无针对海洋特殊环境的考虑. 本文选取海上升压站内的主变压器作为研究对 象, 采用 L C C理论建立海洋环境下主变压器的总成 本分析模型, 提出四种不同的电能传输系统冗余配 置方案并总结了传输容量限制对风电场上网电量的 影响.结合某海上风电场实际工程参数, 计算对比 各冗余配置方案中主变压器的 L C C, 并对故障率、 上网电价以及折现率的灵敏度进行分析, 以探求最 优的冗余配置设计方案.