为了促进我国风力提水事业的可持续发展.docx

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为了促进我国风力提水事业的可持续发展

1总则

为了促进我国风力提水事业的可连续生长，总结经验，推广科技结果，提高风力提水技能的工程建立与治理水平，指导风力提水技能走向范例化、尺度化，特制定本尺度。

本尺度适用于单机容量在20kW以下、风力提水田容量在500kW以下的风力提水工程。

本尺度应包罗以下内容：

1前引部分

1）封面；

2）公布通知；

3）前言；

4）目次。

2正文部分

1）总则；

2）术语、标记和代号；

3）风力提水工程的组成与用途；

4）风力提水机组的型号、分类；

5）风力提水工程的选址；

6）风力提水工程的设计；

7）风力提水工程的施工；

8）风力提水机组现场检测要领；

9）风力提水工程的验收；

10）风力提水工程的维护与治理。

3附录

本尺度的引用尺度主要有以下尺度：

《水泵流量的测定要领》（GB3214-1991）

《离心泵、混流泵、轴流泵、和旋涡泵的试验要领》（GB3216-1989）

《潜水电泵试验要领》（GB/T12785-2002）

《小型风力发电机组宁静要求》（GB17646-1998）

《风力机塔架》（GB/T12467.1-12467.4）

《三相异步电动机试验要领》（GB/T1032-1985）

《井用潜水异步电动机》（GB2818/T-2002）

《浇灌与排水工程设计范例》（GB50288-1999）

《农田浇灌水质尺度》（GB5084-1992）

《修建地基底子设计范例》（GB50007）

《污水综合排放尺度》（GB8978-1996）

《地下水质量尺度》（GB/T14848-1993）

《地表水情况质量尺度》（GB3838-2002）

《防洪尺度》（GB50201-1994）

《生活饮用水卫生尺度》（GB5749-1985）

《提水和发电用小型风力机试验要领》（JB/T10137-1999）

《生活饮用水水源水质尺度》（CJ3020-1993）

《修建物防雷设计范例》（IEC61024.1—1990）

2术语、标记和代号

2.0.1风力提水机组windturbinepumpingsystem

将风的动能转化为水能的装置。

2.0.2额定风速ratedwindspeed

风力机到达额定功率时的特定风速。

2.0.3切入风速cut-inwindspeed

风力提水机系统出水口开始出流时，轮毂高度处的最低风速。

2.0.4切出风速cut-outwindspeed

风力提水机组开始调速或卸荷前，轮毂高度处的最高风速。

2.0.5年平均annualaverage

数量和连续时间足够充实的一组丈量数据的平均值，供作预计期望值用。

注：

平均时间隔断应为整年，以便将不稳定因素如季候变革等平均在内。

2.0.6年平均风速annualaveragewindspeed

凭据年平均的界说确定的平均风速。

2.0.7风能密度windenergydensity

是气流在单元时间内垂直通过单元截面积的风能。

2.0.8有效风能密度effectivewindenergydensity

是有效风力范畴内的风力平均密度。

2.0.9湍流强度turbulenceintensity

风速尺度偏差与平均风速的比率。

用同一组丈量数据和划定的周期盘算。

2.0.10额定功率ratedpower

正常事情条件下，风力提水机组的设计要到达的最大连续输出功率。

2.0.11输出功率outputpower

风力提水机组随时输出的水功率。

2.0.12最大功率maximumpower

正常事情条件下，风力提水机组最高输出的净水功率。

2.0.13年提水量annualenergyproduction

利用功率曲线和轮毂高度差别风速频率漫衍估算得到的一台风力提水机组，一年时间内生产的全部水量。

盘算中假设利用率为100%。

2.0.14障碍物obstacles

邻近风力提水机组等引起气流畸变的牢固障碍物，如修建物、树林。

2.1.15取水修建物gainwaterbuilding

是用于集水和安装水泵的修建物，一般为井、泉室或地表水取水口。

2.0.16专用水泵waterpump

是由专用风力机来驱动，将水从水源泵到用水终端或蓄水池的提水机具。

2.0.17风力机底子windturbinesfoundation

是满足一定要求，具有一定强度，能够宁静可靠地安装提水和风力机设备的砼地修建物。

2.0.18控制系统controlsystem

是实现风力机起动、停车、调速、卸荷及欠压、过载等自动掩护功效的设备。

2.0.19上游输水管线upwaterpipeline

是将水从泵的出水口输送到蓄水池的输水管线。

2.0.20蓄水池storepond

是为实现配水调治和调理，将大风时提出多余的水能够有效储存，须要时可靠重力自动配水的修建物。

2.0.20下游输水管线downwaterpipeline

是将蓄水池中的水按需要输送到差别用水终端的输水管线。

3风力提水工程的组成、用途和工程范围

3.0.1风力提水工程由以下部分或全部内容组成：

1取水修建物；

2专用水泵；

3风力机底子；

4控制系统；

5上游输水管线（或渠道）；

6蓄水池；

7下游输水管线；

8用水终端（或排水口）；

9须要的房舍及宁静防护网。

3.0.2风力提水工程的用途

风力提水可用于解决人畜供水、农田及人工草场的浇灌排水、滩涂地的改革、制盐和水产养殖等问题。

3.0.3风力提水工程的范围分类应切合下列要求：

1单一泵站：

装机容量小于即是10kW的为小型风力提水工程，大于10kW、小于即是20kW的为中型风力提水工程，大于20kW的为大型风力提水工程。

2风力提水田：

装机容量小于即是100kW的为小型风力提水田，大于100kW、小于500kW的为中型风力提水田，大于500kW的为大型风力提水田。

4风力提水机组的型号、分类

4.1风力提水机组的型号

4.1.1机器传动式风力提水机组

FTJ-×××-×××-×××-×××

额定风速（单元：

m/s）

流量（单元：

m3/h）

扬程（单元：

m）

风轮直径（单元：

m）

4.1.2电力传动式风力提水机组

FTD-×××-×××-×××-×××

额定风速（单元：

m/s）

流量（单元：

m3/h）

扬程（单元：

m）

风轮直径（单元：

m）

注：

本尺度在此沿用汉语拼音的第一个字母连写的要领对风力提水机组的型号进行命名。

4.2风力提水机组的分类

4.2.1按风力提水传动方法分类

1机器传动式风力提水机组

1）风力机—活塞泵提水技能；

2）风力机—螺旋泵提水技能；

3）风力机—压缩空气提水技能；

4）风力机—液压泵提水技能；

5）风力机—离心泵提水技能。

2电力传动式风力提水机组

1）风力发电驱动直流电机泵水的提水技能；

2）风力发电驱动交换电机泵水的提水技能。

4.2.2按风力提水机组功率巨细分类

1大型风力提水机组，功率凌驾20kW的风力提水机组；

2中型风力提水机组，功率在5kW至20kW（含20kW）的风力提水机组；

3小型风力提水机组，功率在5kW（含5kW）以下的风力提水机组。

4.2.3凭据提水系统的事情原理分类

1离心泵风力提水系统

1）普通型；

2）潜水型。

2容积式风力提水系统

1）传统的活塞泵系统；

2）隔阂泵、链管水车类系统；

3）螺杆泵系统；

4）转子泵系统。

5风力提水工程的选址

5.1风力提水工程选址技能条件

5.1.1该地域的能源供求状况，技能经济特征，生产条件及需求等因素。

5.1.2凭据风资源视察的结果，选择有利的园地，以求增大风力机的着力，提高供能的经济性、稳定性和可靠性。

风能资源应具备以下条件：

1年平均风速大于即是3.5m/s；

2年均有效风能密度储量大于即是400W/m²；

3年有效风速小时数大于3000h；

4最大连续无有效风速小时数小于100h；

530年一遇最大风速小于40m/s；

6盛行风向、次盛行风向比力稳定，季候变革比力小的地域。

盛行风向的风频应大于40%，次盛行风向的风频应大于25%；

7避开由于上风向地形的起伏或由于障碍物而引起的频繁湍流；

8尽量淘汰风害对风能的有效利用、对风力机寿命及生产宁静的影响。

5.1.3应有较适量的水源条件。

5.1.4应有较方便的施工条件。

5.1.5便于工程的维护与治理。

5.1.6考虑对环保的影响。

5.2风资源阐发

5.2.1应掌握的风能资源及风资源状况的主要内容有：

1该地（或四周）历年的年、月平均风速（系列），系列尺度差、离差系数及年际变革。

该地的年、月风速频率漫衍；

2该地年、月平均风能密度和有效风能功率密度，年均风能密度和年有效风能密度；

3该地年、月各级有效风速小时数，各有效风速累积小时数及其频率；

430年一遇该地极大、最大风速，大风日数，该地年、月盛行风向、次盛行风向及其频率；

5该地风速的日变革，月变革及季变革；

6该地连续无有效风速小时数、（日数）及经验频率漫衍；

7该地尺度风压值；

8该地其它有关气象数据：

如气温极度值，沙暴日数及其它。

5.2.2风资源状况资料的获取途径和要领

1使用四周气象站的资料

这种要领适用于离气象站比力近、且起伏不大的平坦地形，地形种类没有太大差别，粗糙度比力均匀的地域以及微型和小型风力机的选址。

2进行有限度的现场测风并与四周的气象记载确立大略的相关干系

这种要领适用于风向风速比力稳定，季候变革不大的地域。

亦可用于一些使用要求不十分严格的中小型风力机的选址。

3现场视察、收集和阐发风资料

这是一种较为精确的要领，可用于所有类型的地形。

注：

对付风力提水工程，接纳要领即可满足精确度要求。

5.2.3风资料的订正

1平均空气密度值的盘算

利用本地气压、温度、湿度盘算本地实际年（或月、日）的平均空气密度

。

------------------------（-1）

式中P—年（或月、日）平均气压，mbar；

—年（或月、日）平均绝对湿度，mbar；

—年（或月，日）平均温度，℃；

=0.00366，1／℃。

在只知道本地海拔高度的情况下，也可利用式-2做空气密度值的盘算：

---------------------------------（-2）

式中

—空气密度，kg/m3；

Z—海拔高度与风轮回转中心高度之和，m。

2风速的水平修正

风力提水机的盘算风速应为通过插算和风速廓线折算到风轮中心的有效风速。

接纳水平插算法

----------------------（5.2.3-3）

式中

—风力机处的风速；

—风力提水泵站前一处气象站的风速，m/s；

—风力提水泵站后一处气象站的风速，m/s；

—后一气象站至风力提水泵站的水平距离，m；

—风力提水泵前一处气象站到后一处气象站的距离，m。

3风速值随高度的修正

风速值与高度的变革干系，一般呈以下两种型式。

1）对数型

--------------------------------（-4）

式中

—Z高处风速值，m/s；

—h高处已知风速值（一船h为10m），m/s；

—粗糙摩长度参数。

2）指数型

--------------------------------（-5）

式中

的经验值在大风时约为0.16，一般情况下约为0.19。

注：

选址时若接纳四周气象站的风速资料，除应进行高度修正外，还会由于地形起伏变革、地面粗糙度变革及障碍物的影响等而使风速廓线产生变革，鉴于此，应接纳相应步伐来加以修正。

5.2.4平均风速的盘算

1风速0.0m/s～0.9m/s的按0m/s风速计；

2风速1.0m/s～1.9m/s的按1m/s风速计；

3风速2.0m/s～2.9m/s的按2m/s风速计；

凭据公式（）以此类推。

---------------------------------（）

式中

—各级风速，m/s；

—该级风速出现的小时数，h；

N—各级风速出现的总时数，h。

5.2.5年均有效风功率密度的盘算

--------------------------------（）

式中

—各级风速，m/s；

—该级风速出现的小时数，h；

—空气密度，kg/m3；

—年均有效风能功率密度（W/m2）。

5.2.6年均有效风能密度的盘算

------------------------------（5.2.6）

式中

—该级风速出现的小时数，h；

—年均有效风能功率密度，W/m2；

—年均有效风能密度，kW·h/y·m2。

注：

一般情况下，利用四周气象站或有限的视察而得到的一些风资料还不能直接用于风能资源的阐发、盘算和评价，而应进行一些须要的订正。

5.3水源阐发

5.3.1风力提水工程对取水位置的要求

1机器式直接提水机组要求水源井应在四周区域，一般不凌驾10m的距离；

2发电式提水机组可凭据需要来选择。

5.3.2风力提水工程对水源水质的要求

1城镇一般清水，如河水、湖水、池塘水、井水等；

2水的温度不高于40℃；

3固体物质含量（按质量计）不大于0.01%；

4固体物质颗粒不大于0.2mm；

5酸碱度pH值在6.5～8.5之间；

6硫化氢的含量不大于1.5mg/L；

7氯离子的含量不大于400mg/L。

注1：

对付地下水源，工程以提取生活饮用水为主，水源应选取GB/T14848-1993划定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地下水；工程以工、农、牧业生产用水为主，水源应选取GB/T14848-1993划定的Ⅳ、Ⅴ类地下水；

注2：

对付地表水源，工程以提取生活饮用水为主，水源应选取GB3838-2002划定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地表水；工程以工、农、牧业生产用水为主，水源应选取GB3838-2002划定的Ⅳ、Ⅴ类地下水。

5.3.3风力提水工程对水源水量的要求

1选用地下水源时，其允许开采量应大于设计取水量；

2选用地表水源时，其设计枯水流量的包管率应不低于90%；

3当单一水源水量不能满足要求时，可接纳多水源或调蓄等步伐。

5.3.4风力提水工程对地质条件的要求

在风力提水机安装的局部区域内，地基土应有一定的承载能力，应尽可能制止沼泽、滩涂、流沙，便于运输车辆进入事情场合。

地质条件应切合GB50007-2002的要求。

6风力提水工程的设计

6.1风力提水工程的技能要求

6.1.1一般要求

1风力提水泵站应切合本尺度的要求，并按设计的要求建立。

1）风力提水泵站周围应没有阻风障碍物，如果有障碍物，其高度应在风力机高度的1/3以下；

2）在风力提水泵站500m内不宜有居民居住；

3）三天无有效风速出现时泵站仍能正常供水；

4）风力提水泵站取水处应预留安排其它取水器所需的空间。

2风力提水泵站应能在情况温度-30℃～+60℃的条件下正常事情。

3风力机、水源口、蓄水池处应设有宁静防护设施和警示标记。

4容量凌驾5kW的风力发电提水泵站应设有控制室，卸荷系统与主控系统应分室安排。

并要求地面硬化、墙壁粉刷，设有通风设施和消防器材。

5控制设备排放整齐美观，电缆线应走线槽，线沟不应随意跨接。

6输水管线不应有较大的起伏，穿越不良地质、地段时应接纳相应的技能步伐。

输水管线不宜有明显的水漏。

7风力提水泵站设计应切合GB50201-1994的有关划定。

8蓄水池应建在有重力供水条件的高处。

在蓄水池周围不宜建垃圾点、牲畜引水处，制止对水源造成污染。

9蓄水池进出水管均应设有阀门。

10泵站应备有用户手册。

6.1.2技能要求

1风力提水泵站处的年平均风速应大于3.5m/s。

2风力机和控制室应尽可能地靠近水源，一般不超出30m。

3当由多台风力机串并联做动力时，风力机以水源为中心，面向主风向一字排开，间距为风力机叶轮直径D的5倍。

以风力机为中心，主风向的2km、其它偏向0.5km内障碍物的高度小于1/3风力机高度。

（见图）

1-水源；2-水泵；3-风力机；4-上游输水管线；5-控制室；6-蓄水池；7-上游输水管线；8-用水终端

图风力提水系统示意图

4蓄水池最低点的水头（h1）应高于用水终端处水头（h2）2m～3m。

5水源的涌水量应大于额定风速时提水量的3倍。

6蓄水池容积应大于即是日最大用水量的3倍。

7蓄水池输水管线应有防冻步伐。

8风力提水泵站的事情风速应小于4m/s。

9控制室电器接地电阻应小于即是10Ω。

10风力提水泵站的噪音应控制在75db以下。

11风力提水泵站的抗大风能力应大于40m/s。

12风力机事情风速的下限值不大于4m/s；上限值不小于18m/s。

13主输水管内水的流速应小于0.5m/s。

14容量大于5kW的风力发电提水泵站应有欠压、过载、卸荷、制动等电子自动掩护功效。

15风力提水泵站的出水口处应有消能和防冲刷装置。

6.2风力提水机组的选型

6.2.1机组选型应注意考虑以下问题：

1风资源状况：

一般年平均风速小于4m/s的区域宜选用多叶片、阻力型风力提水机组。

2装机容量：

装机容量大于5kW时宜选用发电型风力提水机组。

3实际工程对扬程、流量的要求：

高扬程、小流量的工程宜选用往复式活塞泵提水机组。

4风力提水工程的用途：

农田浇灌宜选用发电式提水机组。

5水源情况（包罗水源位置、水井情况、水源周围地质条件等）：

部署较困难时宜选用风力发电提水机组。

6水质条件：

水中含沙量大的宜选用离心泵风力提水机组。

6.2.2几种风力提水机组的性能特点及其适用范畴

1风力直接驱动水泵的机器式提水机组主要分为两种：

1）往复式提水机组：

它是由低速、多叶片风力提水机与单作用或双作用往复式活塞泵相匹配的装置。

性能参数如下：

——风轮直径：

2m～7m；

——扬程：

10m～100m；

——在8m/s额定风速下的流量：

0.5m3/h～5m3/h。

这类机组的特点是：

高扬程、小流量，适合提取深井地下水；对水质要求严格，起动风速高。

此类机组适适用在风能资源富厚的草原牧区，为人畜提供清洁饮用水或为小面积草场提供浇灌用水。

2）螺旋式提水机组：

它是由低速或中速、多叶片风力提水机与钢管链式水车、螺旋泵、离心泵相匹配的装置。

性能参数如下：

——风轮直径：

5m～8m；

——扬程：

0.5m～5m；

——在8m/s额定风速下的流量：

50m3/h～200m3/h。

这类机组的特点是：

低扬程、大流量，适合提取河水、海水等地表水；起动风速低、对水质适应性强。

适用于农田浇灌、水产养殖或海水制盐等作业。

2风力发电驱动电机泵水的提水机组主要分为两种：

1）直流机组：

它是将风力机产生的交换电转换成直流电，驱动直流电机泵水。

这类机组的特点是：

组成简朴，效率高，部署灵活，在功率小于2kW以下时可有多种流量、扬程的组合。

2）交换机组

这类机组的特点是：

易实现大功率提水，通用性强，自动化水平高，可有多种流量、扬程的组合，用于大于5kW的风力提水泵站时经济性更好。

注：

电力传动风力提水系统既可以单台使用，也可以通过风力机串并联形成风力机群的电站，驱动水泵电机泵水。

6.3风力提水系统的设计

6.3.1总扬程简直定

总扬程是风力在额定风速时、水源抽取的水量与供应的水量处于平衡时，水源此时的动水位到出水口中心的垂直高度与输水管道的阻力之和。

6.3.2日均提水量简直定

日均提水量是在风力提水机额定扬程下，选用全年差别级别的有效风速小时数与该级别风时流量乘积之和。

-----------------------（）

式中

—日提水量；m³/d；

V1—切入风速；m/s；

V2—切出风速；m/s；

—某一级别有效风的小时数；h；

—特定机型额定扬程时相应级别有效风速时的流量，m³/s。

注：

日提水量应大于日最大需水量

6.3.3水源设计应注意以下事项：

1提取地下水时井口直径应大于风力提水泵直径的2倍；

2水泵进水口应与取水修建物底部保持适当的距离；

3如接纳风力驱动潜水电泵提水时，消息水位的落差应小于2m，泵潜水总深度小于3m；

4提取地表水时取水处应有良好的工程地质条件，稳定的河床，岸边要有防洪、受冲刷、防泥砂、漂浮物的步伐。

6.3.4提水泵站的部署设计

1传动的往复生塞式风力提水机，一般用于抽取地下水，做往复运动的风力机拉杆，一般应置与井的中心进行整体部署。

在风力机塔架的周围应建宽度不小于1.5m的平台供今后查验提供作业场合。

2风力机直接驱动容积式或其它泵水装置时，风力机应尽可能地靠进取水口，淘汰传动链。

风力机的起吊偏向应设在取水口的反偏向。

3接纳水电力传动的风力提水机的部署相对自由度较大，一般风力机部署在主风向的上风向离水井20m以内，控制室应在风力机主风向自下风向10m以内，也可将控制室与井房做成一体，但高度应小于风力机高度的1/3。

6.3.5土建立计

1取水修建物应接纳砼地灌注，形状规矩平整。

2风力机的地基应按40m/s大风时，风力机仍在事情的动载荷盘算。

风轮风压凭据面积、实度、比转速按气动原理盘算，其余部分式盘算：

----------------------------（）

式中c—风载体型系数，一般取0.7～1.4；

——高度修正系数，一般取1～1.46；

q——尺度风压，600N/m2～800N/m2；

——风轮轮廓面积在垂直于风向平面上的投影，m2；

φ——风栽面积系数，桁架取φ=0.2～0.6

实体取φ=1。

3控制室地面高于外地面0.2m，并硬化。

控制室和卸荷间都应用通风口，当功率凌驾10kW时，卸荷间应强制通风。

4要求冬季作业的风力泵站，输水口应设在冻层以下，在水源部建阀门井。

6.4蓄水工程的设计

6.4.1蓄水工程形式的选择

蓄水工程形式的选择应凭据地形、地质、用途、修建质料和社会经济等因素确定。

宜接纳水罐、水池、水窖等形式。

6.4.2蓄水工程的要求：

1位置应避开填方或易滑坡地段，地下式蓄水工程外壁与崖坎和根系较发达的树木的距离不应小于5m，多个水窖之间的距离不应小于4m；

2蓄水工程应进行防渗处置惩罚；

3蓄水工程与水源的垂直高度差应该与风力提水机组的设计扬程相匹配，不应大于提水机组的设计扬程；

4蓄水工程的高度位置应能满足最倒霉用户用水终端的水头要求，并有一定的富余；

5蓄水工程的设计容量不应小于最大日用水量的3倍；

6为生活