[发明专利]一种考虑环境收益的风电机组设计参数优化方法

说明书

本发明涉及一种考虑环境收益的风电机组设计参数优化方法，技术方案是，通过分析风电机组初始投资费用组成部分，建立各部分费用与其质量的关系表达式；从风资源分布、机组功率两方面建立风电机组年发电量关系表达式，进而得出年运行和维护费用的表达式；从初始投资费用、年固定收益率、年运行和维护费用、年发电量这4个方面建立风电机组设计参数优化模型；考虑风电机组的环境收益，利用粒子群算法对风轮直径、轮毂高度、额定功率、额定风速这4个设计参数进行优化，获得最佳风电机组设计参数下的最小实际投资成本，避免了过度优化某一设计参数的投资成本而忽略其他设计参数的投资成本。

技术领域

本发明涉及风电机组设计领域，具体涉及一种考虑环境收益的风电机组设计参数优化方法。

背景技术

在“双碳”目标下，作为一种清洁能源的风力发电被广泛的应用到各行各业。

风电机组设计制造过程中，往往同一设计参数起着相反的作用，例如，增大风轮直径和轮毂高度可以提高风电机组的年发电量，但也会增加风电机组的制造成本；如果设计的风电机组额定功率和额定风速较大，而实际运行过程中机组达到额定功率或额定风速的概率又很小，那么会造成风电机组的制造成本和发电量不匹配。故从投资成本角度考虑，合适的风电机组设计参数很重要。目前在风电机组设计参数优化过程中，经常考虑单一设计参数对投资成本的影响，这会造成过度优化某一设计参数的投资成本而忽略其他设计参数的投资成本。同时，相比于传统火力发电，风力发电具有“减碳、减NO_x”等环境收益。鉴于此，亟需寻找一种既考虑投资成本又考虑环境收益，还考虑多因素影响的风电机组设计参数优化方法。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之不足，本发明之目的就是提供一种考虑环境收益的风电机组设计参数优化方法，可有效解决考虑环境收益对设计参数的影响，对风电机组设计参数进行优化的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种考虑环境收益的风电机组设计参数优化方法，在风电机组设计制造过程中，其设计参数对投资成本和环境收益影响很大，以风电机组单位发电量的投资费用来定义投资成本(C_COE)，以风电机组单位发电量的“折减成本”来定义环境收益(C_COD)，选取风轮直径(D)、轮毂高度(H)、额定功率(P_rate)、额定风速(V_R)这4个设计参数，建立考虑环境收益的风电机组设计参数优化的数学模型；将所述数学模型作为粒子群算法的适应度函数并利用粒子群算法可快速高效得出优化的解，从而得到风电机组的最小实际投资成本，完成风电机组设计参数的优化。

所述投资成本选取初始投资费用、年运行和维护费用、年发电量、年固定收益率这4部分进行计算；风电机组的投资成本为：

其中：C_ICC-初始投资费用(Initial Cost of Capital)；C_FCR-年固定收益率(Factor of Capital Rate)；C_OM-年运行和维护费用(Operations and Maintenance)；C_AEP-年发电量(Annual Energy Production)；C_COE-风电机组投资成本(Cost of energy)；

优选的，本发明方法包括以下步骤：

S1：选取风机叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、联轴器、机舱底盘和罩、偏航系统、变距机构、油冷却和排风、减震器、控制器、塔架、刹车系统、基础、装配、运输、并网装置这18个部件计入风电机组初始投资费用C_ICC，各个部件费用和重量有近似线性的比例关系，其关系表达式为：