整理 | 孙一琳
近年来业内研究人员为充分挖掘复杂地形下风电场的发电潜力不断研发新的技术,提出新的方案。随着风电平价上网时代的来临,对风能资源评估的准确性也提出了更高的要求。10月18日上午,众多风电企业技术专家来到“复杂地形下的微观选址技术论坛”,在国家气候中心研究员朱蓉和天津津能风电有限责任公司总经理程斌的主持下,向大家分享团队为优化风电机组的微观选址所研发的新技术和新思路。
风能资源评估的本质要回归到如何更加准确的测量,降低风能资源评估过程中的不确定度。随着海上风电的发展,建设成本肯定要大大增加,对LCOE指标的准确性要求会更高。风能资源评估的意义就是把风参数计算结果的不确定度降低,让发电量的值更有代表性。长期订正是测风塔数据中的重要一环,随着测控时段的增加,风速的订正不确定度会有明显的降低。另外,从前的模型不足以应对国内的一些复杂地形,希望大家加强合作,将风能资源评估和研究中获得的样本汇集起来,为行业标准的制定贡献力量。
传统的微观选址,要从风数据处理、测风塔代表性、流场建模等各个环节做风险把控,包括各种排查,最后给出一个最优发电量的方案,可以说最核心的问题就是一个靠谱的发电量。这里有很多风险和不确定性。如今面临竞价的新形势,项目所有者要承担一个风险,这个风险不是一年两年,而是20年的报价。这要求我们团队具备较高的专业性,但是一个人或者团队往往无法面面俱到。为此,建立一个平台来做基础的定制优化是很必要的。平台上有各方面的专家,依靠自身扎实的技术,把东西做准确。
风能资源参数受地形影响非常明显,对于一些地形非常复杂的风电场经常出现资源分布极端不均的情况。复杂地形风电场的发电量潜力非常巨大。但目前我们的布机方法还存在一定的问题,不能充分挖掘它的潜力,比如难以兼顾发电量和基础安全,布机的时候耗时耗力。这里提出一个布机算法,首先要满足机组的安全性需求,其次要尽可能地提升发电量,同时提高布机效率。自动布机算法以发电量最优为目标,充分考虑风电机组在各个风向上的尾流效应,并且剔除异常机位点,在复杂地形排布机位时具备很大优势。
风电场评价方面,主要从两个角度出发,发电量和安全性。影响发电量的相关因素有三点,风能资源、功率曲线和折减系数。风能资源关注数据的采集和处理、流场仿真和结果输出的控制。业内有可能会提供一条仿真的功率曲线,对于功率曲线的评价更多的是关注它的选择方式、为什么这么选择以及选择前是否进行了验证。在发电量评价方面,项目经验显示风能资源分析的差异可高达20%以上;功率曲线普遍存在高估,可达10%以上。安全性需要考虑两方面,一是重大部件的变更;二是复杂的风电场环境带来的影响。
GIS是指地理信息系统,核心技术包括航空摄影测量技术、卫星遥感技术、地形数据智能分析技术和地形三维显示技术。在风电行业主要可以应用于宏观选址、测风和微观选址工程设计等方面。能有针对性地解决一些行业痛点问题,比如风能资源工程师获得的很多地表数据严重滞后,不能够真实反映地表情况;地形精度较差制约着风能资源评估和风电场规划设计;无人机数据采集的成本居高不下,无法大面积使用;同时对高精度数据的处理手段也严重滞后,数据信息不能得到有效的挖掘和评估。未来我们应该基于更多元的数据资源实现数据整合,包括中尺度分辨率的降维等,实现对数据信息最大化挖掘。
两年前,IEC开始着手制定关于微观选址的工作标准,即IEC61400-15。风电行业的很多开发商、业主、风电机组制造商,包括很多研究机构都参与了标准的制定。这个标准主要涉及五方面内容:一是对气象条件的测量、预测,其中还包括指导长期测量和长期预测的方法以及测量标准;二是对气象预测,风的参数,发电量的预估给出一些指导性的方法意见;三是关于机械载荷分析的输入,如何去量化每一个风电场、每一个机位点的参数;四是在传统概率发电量评估方面,如何去评估所有的分析不确定性;最后是要建立一个非常完善的文档体系。
在竞价上网的背景下,行业内都在提风能资源精细化评估和风电场的后评估。对于复杂地形的风能资源评估,用大涡模拟比传统的平均模型模拟更接近实际运行情况。现在大部分的项目还是会用平均模型进行模拟计算,但是对于极端复杂的情况,可能会存在一些失效的情况。另外,对流场使用特性,特别是对于一些气流的特征,包括气流分离、扰流等要有更深刻的理解。未来有很多可以做的工作,比如使用先导模拟给后面的主模拟提供一个动态的入流条件,跟中尺度的模式相结合,采用这种模式的结果作为大涡模拟的输入,这样会得到更准确的结果。总体上,基于大涡模拟和CFD模拟为极端复杂情况下的评估提供了一个新途径。
摄影:焦海兵